WO2017162647A1 - Device and method for producing an optical pattern from pixels in an image plane - Google Patents

Device and method for producing an optical pattern from pixels in an image plane Download PDF

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WO2017162647A1
WO2017162647A1 PCT/EP2017/056658 EP2017056658W WO2017162647A1 WO 2017162647 A1 WO2017162647 A1 WO 2017162647A1 EP 2017056658 W EP2017056658 W EP 2017056658W WO 2017162647 A1 WO2017162647 A1 WO 2017162647A1
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micromirror
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image plane
pixels
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Peter Dürr
Alexander Mai
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Definitions

  • This invention relates to an apparatus and method for generating a programmable optical pattern.
  • the surface light modulator can either be micromechanical (with micromirrors, especially the DLP technology from Texas Instruments) or liquid crystals (LCD, LCoS). It allows the computer-aided generation of a wide variety of optical patterns without the need for previous production of individual slides.
  • the absorption of the light is advantageously spatially separated from the area light modulator.
  • optical material processing e.g. by melting or ablation.
  • diffractive optical elements In order to avoid light losses through absorption, pattern generation by means of diffractive optical elements (DOE) already exists in the prior art.
  • DOE diffractive optical elements
  • a diffractive optical element of the incident Modulated light beam in its phase so that it effectively, according to the desired pattern, is split into a plurality of partial beams, which z. 6. is described in document [1].
  • the pattern to be generated appears here in the far field or in the focal plane of a lens when the incident on the diffractive optical element radiation is a plane wave (alternatively, the illumination can also be done with convergent or divergent light, the image is then produced elsewhere, which is immaterial here).
  • the diffractive optical element is not actually imaged.
  • the diffractive optical element consists of a one-sided structured transparent or also reflecting plate. In this case, however, a corresponding new diffractive optical element must be produced for the projection of another pattern. This principle of pattern generation is described, for. B. applied in the illumination beam path of current semiconductor lithography machines.
  • the pattern generation according to the principle of diffractive optical elements can be made quickly variable with programmable surface light modulators, which z. As disclosed in document [2].
  • phase-shifting surface light modulators which may, for example, have micromirrors or liquid crystals, are suitable for this purpose.
  • the disadvantage here is that a diffractive optical element for a good image quality with regard to the resolution and the illuminated angle range requires extremely many and extremely small pixels whose dimensions are close to the wavelength of the light. While this is easy to achieve with solid, etched diffractive optical elements, the extreme reduction of the active pixels of a surface light modulator is technically much more difficult and expensive.
  • control data must also be calculated for all these pixels and transmitted to the area light modulator, which also means a great deal of effort.
  • Such surface light modulators have in two dimensions tiltable micromirrors whose deflection is often referred to as a tip tilt function and which are much larger than the used wavelength of light.
  • Each individual micromirror thus essentially reflects those partial beams of the incident light which fall on it, essentially according to the principle of angles of incidence equal to angles of incidence.
  • the desired light pattern is then formed by suitable deflection of all micromirrors from the respective partial beams in the far field or in the focus of a lens.
  • This method is principally characterized in that the partial beams, which emanate from different micromirrors but contribute to a common pixel, overlay incoherently.
  • This structure like a comparable structure with a diffractive optical element, has the property that the entire light reflected by the surface light modulator can be used. It is very advantageous in this case that substantially fewer pixels are required than in the case of a surface light modulator having a diffractive optical element, so that much less drive data also has to be calculated and transmitted.
  • this structure also has the disadvantage that the diffraction at the individual micromirrors delimits the resolution and the sharpness of the image. In other words, the diameter of each pixel of the partial beams in the image plane can not become smaller than that caused by the diffraction at the individual micromirror.
  • the object of the present invention is to provide an improved apparatus for generating a two-dimensional optical pattern of pixels in an image plane.
  • the object is achieved by an apparatus for producing a two-dimensional optical pattern of pixels in an image plane, comprising the following features: a control device for controlling the generation of the optical pattern; a micromirror array for reflecting light beams incident flatly on the micromirror array, the micromirror array having a plurality of micromirrors each tiltable by the control means at least about a first axis such that a direction of a centroid beam reflects that of the respective micromirror Light rays is adjustable; an illumination device controllable by the control device for generating the light rays, which is designed so that the light rays are at least partially coherent surface; focusing means for focusing the light beams reflected at the plurality of micromirrors of the micromirror array onto the image plane; wherein the control device is designed to control one or more micromirror groups formed from a plurality of micromirr
  • the control device may in particular be a digital electronic control device, in particular a computer.
  • a centroid ray of the light rays reflected at a micromirror is understood to mean that light ray which is reflected at the center of gravity of the mirror surface of the respective micromirror.
  • the center of gravity is defined, for example, by the crossing point of the diagonal of the mirror surface.
  • the illumination device is designed such that the generated light beams are substantially coherent at least in the spatial region of one of the micromirror groups.
  • the focusing device can be arranged between the micromirror array and the image plane or between the illumination device and the micromirror array.
  • the solution to the above object is based on the above-described beam steering structure, wherein at least partially spatially coherent light beams are used, which interfere in the image plane, wherein the phases of the interfering center of gravity beams are controlled.
  • the essential difference between the device according to the invention and the device known from document [3] is that at least partially coherent light is used to interfere in the image plane, the phases of the interfering centroid beams being set by adjusting their optical path lengths ,
  • the micromirrors of the respective micromirror group are controlled in such a way that the substantially coherent light beams of the micromirrors of the micromirror group are structurally superimposed so as to produce a pixel.
  • the micromirrors of the respective micromirror group are tilted in such a way that, on the one hand, they reflect on the micromirrors of one of the micromirror groups
  • the optical path lengths By adjusting the optical path lengths, it is achieved that the heavy-weight beams arriving at the center of the center point have the same phase position. This avoids that the coherent light beams produce unwanted diffraction patterns, which would cause a division of the pixel into several subpixels, and thus increase the image noise.
  • the micromirrors of a micromirror group are controlled in such a way that the centroid rays reflected at the micromirrors of one of the micromirror groups meet exactly in the middle of the desired pixel.
  • the control device can be designed such that the micromirrors of a micromirror group for generating a pixel are aligned in parallel in order to ensure that the centroid beams reflected at the micromirrors of one of the micromirror groups meet exactly in the middle of the desired image point ,
  • the spatial position of the micromirrors involved is calculated and set such that the optical path length of all these center-of-gravity beams from the illumination device to the image plane is the same or differs by an integer multiple of the wavelength of light used. This can be accurate to a small fraction of the wavelength of light used, e.g. 5%, better 1%.
  • the diameter of this pixel can be as small as corresponds to the diffraction on a single micromirror of the size of the entire micromirror group used.
  • a micromirror array of, for example, 16 micromirrors can produce a pixel 1/16 of that area which would result from a single one of these micromirrors.
  • the micromirrors of one of the micromirror groups are preferably arranged in the manner of a square matrix (n ⁇ n matrix). In this case, the same sharpness is obtained for the longitudinal direction and the width direction of the pixel. In principle, however, the micromirrors of one of the micromirror groups can be arranged in the manner of any desired m ⁇ n matrix. In this case, the micromirrors of one of the micromirror groups can be adjusted independently of the micromirrors of the other micromirror groups so as to be able to produce different pixels.
  • the invention enables the projection of an optical pattern directly from a computer without individual preparation of auxiliary elements, such. As masks or diffractive optical elements is determined.
  • the micromirror array also allows the positioning of the pixels and the production of the phase equality of the centroid rays of the pixels.
  • the pattern generation principle of the device according to the invention is not based on the absorption of the already generated light, therefore offers a high luminous efficacy and has a high resolution and precision of pattern reproduction.
  • the invention is particularly suitable for applications in which the sharpest possible bright points of light in a dark environment are needed, which can be freely positioned and set in their intensity.
  • the material processing should be mentioned, especially the ablation, but also thermal treatment up to the melting of the surface of a workpiece.
  • the chemical influence of a workpiece or photoresist is conceivable, such. B. in lithography.
  • the use in other devices for pattern generation is also possible.
  • the individual micromirrors of the micromirror array can be tilted about exactly one first axis and otherwise fixed.
  • the micromirrors of a row of the micromirror array can be tilted about a common first axis which is aligned parallel to the line.
  • the micromirrors of the other rows can each be tilted about a further common first axis, wherein the first axes of the different rows can each be aligned parallel to one another.
  • the micromirrors of a micromirror group can be tiltable about the respective first axis independently of the micromirrors of the other micromirror groups, so as to simultaneously generate a plurality of pixels offset transversely to the first axis.
  • Lines and columns of the micromirror array can be exchanged mutatis mutandis. If the micromirrors can only be tilted about a first axis, the generation of one-dimensional optical patterns is possible.
  • a length of the micromirrors and / or a width of the micromirrors is at least 5 times, preferably at least 10 times, and particularly preferably 20 times, the wavelength of the light beams.
  • the control device is designed to form one of the micromirror groups such that one of the micromirror groups is formed from adjacent micromirrors of the plurality of micromirrors. This makes it possible to ensure that the light beams incident on the micromirrors of the micromirror group thus formed are particularly coherent, so that particularly sharply delimited pixels can be generated. Adjacent are micromirrors when no other micromirror is between the mirrors considered.
  • the control device for controlling the micromirror groups is designed such that two adjacent or overlapping pixels (BP) of the pixels (BP) can be generated by two non-adjacent micromirror groups of the micromirror groups.
  • BP pixels
  • the control device for controlling the micromirror groups is designed such that two adjacent or overlapping pixels (BP) of the pixels (BP) can be generated by two non-adjacent micromirror groups of the micromirror groups.
  • Micromirror groups are adjacent when there is no micromirror of another micromirror group between the micromirror groups under consideration. Micromirror groups are then not adjacent to each other, who are micromirrors of another micromirror group between the considered micromirror groups.
  • adjacent or overlapping pixels in the image plane can be formed by non-adjacent micromirror groups whose spacing is above the spatial coherence length.
  • the control device is designed to control an intensity of the illumination device. Since the device according to the invention uses the entire light reflected by the micromirror array, it makes sense if the intensity of the illumination device can be changed rapidly. Then, just as much light can be generated at any one time as is currently needed according to the optical pattern to be generated. If the illumination device does not allow a sufficiently fast modulation, an absorber can alternatively or additionally be used, which is designed, for example, such that it is irradiated at large micromirror angles and thereby absorbs light.
  • the micromirrors are each tiltable by the control device additionally about a second axis, which runs transversely to the first axis, so that the direction of the center of gravity beam of the light rays reflected at the respective micromirror is two-dimensionally adjustable.
  • the micromirrors of a column of the micromirror array can be tiltable about a common second axis, which is aligned parallel to a column of the micromirror array.
  • the micromirrors of the other column can each be tilted independently of each other about a further common second axis, wherein the second axes of the different columns can each be aligned parallel to one another.
  • the micromirrors of a micromirror group can be tiltable about the second axes independently of the micromirrors of the other micromirror groups so as to simultaneously generate a plurality of image points in order to simultaneously generate a plurality of pixels offset transversely to the respective second axis.
  • Lines and columns of the micro mirror array can be exchanged mutatis mutandis. If the micro mirrors can be tilted about a first axis and a second axis, the generation of two-dimensional optical patterns is possible.
  • the control device is designed to form one of the micromirror groups such that one of the micromirror groups consists of two-dimensionally arranged micromirror groups. is formed by the multiplicity of micromirrors.
  • a microspile group could be formed whose micromirrors are arranged particularly close to each other, so that the light rays incident thereon are particularly coherent, so that particularly sharp image points can be generated.
  • the micromirrors are each displaceable by the control device along a stroke direction, which runs transversely to a mirror surface of the respective micromirror, so that the optical path length of the center of gravity beam reflected at the respective micromirror can be changed.
  • the pixels can be continuously generated on a line since the phase condition for each point of the line is adjusted by adjusting the Hubs can be guaranteed.
  • the outlay in terms of production and, above all, for the calibration and the activation of the micromirror array can be reduced.
  • micromirrors are tiltable about the first axis and about the second axis, then it is possible to image pixels at any location in the image plane, ie without observing a grid to generate since the phasing condition for each location of the image plane can be ensured by adjusting the stroke.
  • control device is designed to control a displacement device which is designed to displace an irradiable region in a displacement direction relative to an object to be irradiated.
  • An area which can be irradiated can be understood to be that area in which an optical pattern can be generated in one operation or with one light pulse. Shape and size of the irradiated area are dependent on the degrees of freedom of the micromirrors, the focal length of the focusing device and the possible Abienkwinkein the micromirror. If areas outside the irradiable area are to be irradiated, this can be achieved by relative displacement of the object to be irradiated in relation to the area which can be irradiated and by multiple light pulses, so that a larger total area that can be irradiated is produced. This can also be referred to as stitching of optical partial patterns.
  • the displacement device is designed as a mechanical displacement device.
  • the mechanical displacement device can be designed such that either the optical pattern or the object to be irradiated or both are moved.
  • the displacement device is designed as an optical displacement device.
  • the optical displacement device can in particular have one or more tiltable mirrors and / or one or more rotating polygon mirrors.
  • the displacement device is designed so that the displacement direction extends obliquely to a dot raster of the optical pattern. In this way, it is possible by means of a shift to move a dot matrix of possible pixels over the object to be irradiated in such a way that an area which can be irradiated completely covers the object to be irradiated.
  • the object is achieved by a method for generating an optical pattern from pixels in an image plane, comprising the steps of: controlling the generation of the optical pattern by means of a control device;
  • micromirror array Reflecting light rays incident on a micromirror array in a planar manner, wherein the micromirror array has a multiplicity of micromirrors which are each at least about a first axis by the control device be tilted to adjust a direction of a centroid ray of the light rays reflected at the respective micromirror;
  • the control device Generating the light beams by means of an illumination device controlled by the control device, the light beams being generated in such a way that they are at least partially spatially coherent;
  • control device for controlling a micromirror group formed from a plurality of micromirrors of the plurality of micromirrors, such that the centroid beams reflected at the micromirrors of the micromirror group meet in the image plane, and optical path lengths of the centroid beams reflected at the micromirrors of the micromirror group of the illumination device are the same up to the image plane or differ by an integer multiple of a wavelength of the light beams, so as to produce a pixel of the pixels.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a device according to the invention in a schematic representation in an x-y plane
  • FIG. 2 shows a detailed view of the first exemplary embodiment of the device according to the invention in a schematic representation in a z-y plane;
  • Figure 3 is a diagram illustrating the operation of the first
  • FIG. 4 shows a detailed view of a second exemplary embodiment of the device according to the invention in a schematic representation in a zy plane
  • FIG. 5 shows a detailed view of a third exemplary embodiment of the device according to the invention in a schematic illustration in an xy plane
  • a diagram illustrating the operation of the third embodiment of the device according to the invention a partial view of a fourth embodiment of the inventive device in a schematic representation in an xy plane; a partial view of a fifth embodiment of the inventive device in a schematic representation in an xy plane; a detailed view of a development of the second exemplary embodiment of the device according to the invention in a schematic representation; a detailed view of a development of the third embodiment of the device according to the invention in a schematic representation; a detailed view of a development of the third embodiment of the device according to the invention in a schematic representation; and a detailed view of a development of the third embodiment of the device according to the invention in a schematic representation.
  • Figure 1 shows a first embodiment of an inventive device 1 in a schematic representation.
  • the device for generating an optical pattern OM from pixels BP in an image plane BE comprises the following features: a control device 2 for controlling the generation of the optical pattern OM; a micromirror array 3 for reflecting light beams LS which are incident flatly on the micromirror array 3, the micromirror array 3 having a multiplicity of micromirrors 4 which can be tilted by the control device 2 at least about a first axis EA, so that a Direction of a centroid beam SST of the respective micro mirror 4 reflected light beams LS is adjustable; a lighting device 5 controllable by the control device 2 for generating the light beams LS, which is designed such that the light beams LS are at least partially spatially coherent; a focusing device 6 for focusing the light beams LS reflected at the plurality of micromirrors 4 of the micromirror array 3 onto the image plane BE; wherein the control device 2 is designed to control one
  • micromirror array 3 In the view of FIG. 1, only one column of the micromirror array 3 is visible, for example four micromirrors 4.1 to 4.4. Another 3 columns of the micromirror array 3 are hidden. However, this is to be understood as an example insofar as substantially more gaps, each with significantly more micromirrors 4, can be provided in practice.
  • centroid beam SST1 which is reflected at the micromirrors 4.1
  • centroid beam SST2 which is reflected at the micromirror 4.2
  • centroid beam SST3 which is reflected at the micromirror 4.3
  • centroid beam SST 4 which is at the micromirror 4.4 is reflected, shown.
  • the pixel BP is generated by an interfering superimposition of the coherent gravity spot beams SST1 to SST4.
  • the control device 2 is designed to control the micromirror array 3 by means of control data STM and to control the illumination device 5 by means of control data STB.
  • the control device 2 is designed to control an intensity of the illumination device 5. Since the device 1 according to the invention uses the entire light reflected by the micro mirror array 3, it makes sense if the intensity of the lighting device 5 can be changed rapidly. Then just as much light LS can be generated at any time as generating optical pattern OM is currently used. If the lighting device 5 does not allow a sufficiently fast modulation, alternatively or additionally an absorber can be used which, for example, is designed such that it is irradiated at large micromirror angles and thereby absorbs light LS.
  • the invention relates to a method for producing an optical pattern OM from pixels BP in an image plane BE, which comprises the following steps:
  • Reflecting light beams LS which surface area on a micromirror array 3, the micromirror array 3 having a plurality of micromirrors 4, which are each tilted by the control device 2 at least about a first axis EA to a direction of a centroid beam SST of the respective micromirror 4 to adjust reflected light beams LS;
  • the control device 2 Generating the light beams LS by means of a lighting device 5 controlled by the control device 2, the light beams LS being generated in such a way that they are at least partially spatially coherent; Focusing the light beams LS reflected at the plurality of micromirrors 4 of the micromirror array 3 onto the image plane BE through a focusing device 6;
  • control device 2 for controlling a micromirror group 7 formed from a plurality of micromirrors 4 of the plurality of micromirrors 4, such that the centroid beams 7 reflected at the micromirrors 4 of the micromirror group 7 meet in the image plane BE, and optical path lengths corresponding to the Micromirrors 4 of the micromirror group 7 reflected focus beams SST from the illumination device 5 to the image plane BE are equal to or an integral multiple of a Distinguish wavelength of the light beams LS, so as to generate a pixel BP of the pixels BP.
  • Figure 2 shows an Oetailansicht of the first embodiment of the inventive device 1 in a schematic representation.
  • the individual micromirrors 4 of the micromirror array 3 can be tilted by exactly one first axis EA and otherwise fixed.
  • the micromirrors 4.1, 4.5, 4.9, 4.13 of a first row of the micromirror array 3 can be tiltable about a first common first axis EA1, but independently of one another, which is aligned parallel to the first row.
  • the micromirrors 4.2, 4.6, 4.10, 4.14 of the second row are each independently tiltable about a second common first axis EA2, the micromirrors 4.3, 4.7, 4.11, 4.15 of the third row are around a third common first axis EA3 tilt independently and the micromirrors 4.4, 4.8, 4.12, 4.16 of the fourth row are tilted independently of each other about a fourth common first axis EA4, wherein the first axes EA1-EA4 of the different rows can each be aligned parallel to each other.
  • the micromirror group 7.1 can be formed from the micromirrors 4.1, 4.2, 4.3 and 4.4, which are each arranged in the same column of the micromirror array 3.
  • the micromirror group 7.2 can be formed from the micromirrors 4.5, 4.6, 4.7 and 4.8, which are each arranged in the same column of the micromirror array 3;
  • the micromirror group 7.3 can be formed from the micromirrors 4.9, 4.10, 4.11 and 4.12, which respectively are formed in the same column of the micromirror array 3, and the micromirror group 7.4 can be formed of micromirrors 4.13, 4.14, 4.15 and 4.16, which are respectively arranged in the same column of the micromirror array 3.
  • the micromirror groups are thus arranged, for example, in the manner of a 4 ⁇ 1 matrix.
  • the micromirrors 4 can only be tilted about a first axis EA, it is possible to produce one-dimensional optical patterns.
  • the condition of the phase equality of the centroid rays in a microreggio group 7, which are used jointly for one pixel BP, can be fulfilled only for discrete pixels BP, the spacing of the possible pixels BP depending on the distance of the micromirrors 4.
  • the continuum of possible pixels BP in the image plane BE is restricted to the discrete grid of the diffraction orders of the micromirror array 3.
  • the advantage of this embodiment is that the amount of control data required for the micromirror array 3 and the mechanical complexity of the micromirror array is comparatively low.
  • a length L of the micromirrors 4 and / or a width B of the micromirrors 4 is at least 5 times, preferably at least 10 times, and particularly preferably 20 times, the wavelength of the light beams LS.
  • angle of incidence angle of failure.
  • the number of required micromirrors 4 can thus be kept low, so that the amount of control data required and the production costs for the micromirror array can be kept small
  • the control device 2 is designed to form one of the micromirror groups 7 such that one of the micromirror groups 7 is formed from adjacent micromirrors 4 of the plurality of micromirrors 4. This makes it possible to ensure that the light beams incident on the micromirrors 4 of the micromirror group 7 thus formed are particularly coherent, so that particularly sharply delimited pixels BP can be generated.
  • the control device 2 can be designed in addition to controlling the micromirror groups 7 such that two adjacent pixels BP of the pixels BP can be generated by two non-adjacent micromirror groups 7 of the micromirror groups 7.
  • pixels BP with softer transitions can also be generated, since the coherence of the microspots on the microspots Gel 4 incident light beam LS decreases in practice, the micromirror groups 7 spatially objected. If partially coherent illumination is used, adjacent or overlapping pixels BP in the image plane BE may be formed by non-adjacent micromirror groups 7 whose spacing is above the spatial coherence length.
  • FIG. 3 shows a diagram for illustrating the mode of operation of the first exemplary embodiment of the device 1 according to the invention.
  • FIG. 3 shows a one-dimensional simulation of the distribution of the radiation intensity SI.K in the image plane BE with superimposition of the coherent light bundles with the centroid rays SST1 to SST4 of the micromirrors 4.1 to 4.4 of the micropiping group 7.1 and for comparison the distribution of the radiation intensity SI in FIG the image plane BE with superposition of corresponding incoherent light bundles of 4 such micromirrors.
  • the radiation intensity SI.K reaches the four-fold maximum of the radiation intensity Sl.sub.1, the half-width falling to 1/4, so that a sharp and bright pixel BP is formed.
  • such a distribution of the radiation intensity SI.K is possible only when the stroke of the micromirrors 4 is not adjustable, only at those discrete points at which an integer diffraction order of the grating of the micromirrors lies.
  • FIG. 4 shows a detailed view of a second exemplary embodiment of the device 1 according to the invention in a schematic representation.
  • the micromirrors 4 are additionally each by the control device 2 about a second axis ZA, which extends transversely to the first axis EA, tiltable, so that the direction of the centroid beam SST of the light beams LS reflected at the respective micromirrors 4 can be adjusted in two dimensions. In this way, the generated pixel can be positioned in the image plane in both the x and y directions.
  • the micromirrors 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 of a first column of the micromirror array 3 can be tiltable about a first common second axis ZA1, but independently of one another, which is aligned parallel to the first column.
  • the micromirrors 4.5, 4.6, 4.7, 4.8 of the second column can each be tilted independently of one another about a second common second axis ZA2; the micromirrors 4.9, 4.10, 4.11, 4.12 of the third column can be tilted independently of one another about a third common first axis ZA3 and the micromirrors 4.13, 4.14, 4.15, 4.16 of the fourth column can be tilted independently of one another about a fourth common second axis ZA4, wherein the second axes ZA1-ZA4 of the different columns can each be aligned parallel to one another.
  • control device 2 is designed to form one of the micromirror groups 7 such that one of the micromirror groups 7 is formed from two-dimensionally arranged micromirrors 7 of the plurality of micromirrors 7.
  • the micromirror group 7.1 can be formed from the micromirrors 4.1, 4.2, 4.5 and 4.6, which are arranged in the first or second column of the microphoto-array 3.
  • the micromirror group 7.2 can be formed from the micromirrors 4.3, 4.4, 4.7 and 4.8, which are arranged in any case in the first or second column of the micromirror array 3;
  • the micromirror group 7.3 can be formed from the micromirrors 4.9, 4.10, 4.13 and 4.14 , which are arranged in the third and fourth column of the micro mirror array 3, are formed, and the micromirror group 7.4 may consist of micromirrors 4.11, 4.12, 4.15 and 4.16, which are also arranged in the third and fourth column of the micromirror array 3, gebil - be det.
  • FIG. 5 shows a detailed view of a third exemplary embodiment of the device 1 according to the invention in a schematic representation.
  • the micromirrors 4 are each displaceable by the control device 2 along a stroke direction HR, which runs transversely to a mirror surface 8 of the respective micromirror 4, so that the optical path length of the light reflected at the respective micromirror 4 CG beam SST is changeable. If this feature is provided in the second exemplary embodiment, in which the micromirrors 4 can be tilted about the first axis EA and about the second axis ZA, then the pixels BP can be generated in the image plane BE as desired, that is to say without observing a grid Since the phase condition for each point of the image plane BE can be ensured by adjusting the stroke.
  • the pixels BP can be continuously generated on a line since the phase condition for each point of the line is adjusted by adjusting the Hubs can be guaranteed.
  • the outlay in the production and above all for the calibration and the activation of the micromirror array 3 can be reduced. From such an image line, a 2-dimensional image can again be generated by scanning transversely to its extent. This can be used particularly advantageous if z. B moves a workpiece to be machined on a conveyor belt on the exposure unit linearly over. See FIG. 10.
  • FIG. 6 shows a diagram for illustrating the mode of operation of the development of the third exemplary embodiment of the device 1 according to the invention.
  • FIG. 6 shows a one-dimensional simulation of the distribution of the radiation intensity SI.K in the image plane BE with superimposition of the coherent Light beam with the centroid rays SST1 to SST4 of the micromirrors 4.1 to 4.4 of the micromirror group 7.1 and for comparison the distribution of the radiation intensity Sl.l in the image plane BE with superposition of corresponding incoherent bundles of four such micromirrors.
  • the difference to FIG. 3 is that now the distribution of the radiation intensities SS.K and SS.I shown can be achieved by adjusting the stroke of the micromirrors 4 independently of the locations of the integer diffraction orders of the grating of the micromirrors.
  • FIG. 7 shows a partial view of a fourth exemplary embodiment of the device according to the invention in a schematic representation in an x-y plane.
  • the micromirrors 4.1 and 4.2 form a first micromirror group 7.1.
  • the centroid beam SST 1 of the micromirror 4.1 and the centroid beam SST 2 of the micromirror 4.2 are superimposed in the image plane BE, the pixel BP1 being formed.
  • the center of gravity beam SST 3 of the micromirror 4.3, the center of gravity beam SST 4 of the micromirror 4.4 and the center of gravity beam SST 5 of the micromirror 4.5 are superposed in the image plane BE, so that the image point BP2 is created.
  • the pixel BP1 is generated by only two centroid rays SST1, SST2, while the pixel BP2 is of three centroid ray SST3 SST4, SST5, the maximum intensity of the pixel BP1 is less than the maximum intensity of the pixel BP2. For the same reason, the half width of the pixel BP1 is larger than the half width of the pixel BP2.
  • FIG. 8 shows a partial view of a fifth exemplary embodiment of the device according to the invention in a schematic representation in an xy plane.
  • the fifth embodiment is similar to the fourth embodiment.
  • the focusing device 6, seen in the direction of propagation of the light beams LS is arranged in front of the micro mirror array 3.
  • FIG. 9 shows a detailed view of a development of the second exemplary embodiment of the device 1 according to the invention in a schematic representation.
  • the control device 2 is designed to control a displacement device, which is designed to displace an irradiable region BB in a displacement direction VR relative to an object OB to be irradiated.
  • An area which can be irradiated BB can be understood to be that area in which an optical pattern OM can be generated in one operation or with a single light pulse.
  • the shape and size of the irradiable region BB are dependent on the degrees of freedom of the micromirrors 4, on the focal length of the focusing device 6 and on the possible deflection angles of the micromirrors 4. If areas outside the irradiable area are to be irradiated, this can be achieved by relative displacement of the object OB to be irradiated with respect to the irradiable area BB and by multiple light pulses, so that a larger total area BGB can be irradiated. This can also be referred to as stitching of optical sub-patterns.
  • the irradiable region BB consists of a two-dimensional dot matrix with 20 possible pixels.
  • a two-dimensional dot matrix can be produced with micromirrors 4, which can be tilted about two axes EA, ZA but can not be adjusted in the stroke direction HR.
  • the displacement device is designed as a mechanical displacement device.
  • the mechanical displacement device can be designed such that either the optical pattern OM or the object OB to be irradiated or both are moved.
  • the displacement device is designed as an optical displacement device.
  • the optical displacement device can in particular have one or more tiltable mirrors and / or one or more rotating polygon mirrors.
  • the displacement device VR is designed so that the displacement direction is oblique to a dot matrix of the optical pattern OM.
  • FIG. 10 shows a detailed view of a further development of the third exemplary embodiment of the device according to the invention in a schematic representation.
  • the irradiable region BB in the image plane BE consists of a lenticular continuum, possibly pixels. Since the displacement direction VR is provided transversely to the alignment of the linear continuum, the result is a quadrangular radiant total area BGB.
  • a line-shaped continuous irradiable area BB can be produced, for example, with a micromirror array 3, in which the micromirrors 4 can be tilted only about an axis EA, but are also adjustable in the stroke direction HR.
  • FIG. 11 shows a detailed view of a development of the third exemplary embodiment of the device according to the invention in a schematic representation.
  • the irradiable region BB in the image plane BE consists of a two-dimensional or rectangular continuum of possible pixels.
  • a discrete shift of the irradiable area BB in the image plane BE and in the displacement direction VR results in an overall area BGB that can be irradiated which can be considerably larger than the irradiable area BB itself.
  • a two-dimensional continuum of possible pixels can For example, be generated with a micromirror array 3, in which the micromirrors 4 about two axes EA and ZA tiltable and adjustable in the stroke direction HR.
  • FIG. 12 shows a detailed view of a development of the third exemplary embodiment of the device according to the invention in a schematic representation.
  • the irradiable Area BB also from a two-dimensional continuum of possible Biidconce.
  • the irradiable area BB is displaceable in the image plane BE both in a first displacement direction VR1 and in a second displacement direction VR2, so that the total radiationable area BGB widens a VR1 and VR2 in relation to the irradiable area BB in both displacement directions can be.

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Abstract

The invention relate to a device for producing an optical pattern from pixels in an image plane, comprising: a control apparatus for controlling the production of the optical pattern; a micromirror array for reflecting light beams, which hit the micromirror array over an area, wherein the micromirror array has a plurality of micromirrors, each of which can be tilted by the control apparatus at least about a first axis such that a direction of a center-of-gravity beam of the light beams reflected at the particular micromirror can be set; a lighting apparatus controllable by the control apparatus for producing the light beams, which is designed in such a way that the light beams are at least partially planarly coherent; a focusing apparatus for focusing the light beams reflected at the plurality of micromirrors of the micromirror array onto the image plane; wherein the control apparatus is designed to control one or more micromirror groups formed by several micromirrors of the plurality of micromirrors in such a way that the center-of-gravity beams reflected at the micromirrors of one of the micromirror groups meet in the image plane and that optical path lengths of the center-of-gravity beams reflected at the micromirrors of the particular micromirror group from the lighting apparatus to the image plane are equal or differ by an integer multiple of a wavelength of the light beams in order to thus produce one of the pixels.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung eines optischen Musters aus Apparatus and method for generating an optical pattern
Biidpunkten in einer Bildebene Biidpunkte in a picture plane
Beschreibung description
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Er- zeugung eines programmierbaren optischen Musters. This invention relates to an apparatus and method for generating a programmable optical pattern.
Es ist bereits eine Vielzahl von Vorrichtungen zur Erzeugung optischer Mus- ter bekannt. Bei einem klassischen Diaprojektor wird z.B. Licht durch das Dia überall dort absorbiert, wo die Intensität im gewünschten Muster klein sein soll. Dies funktioniert mit hoher Auflösung (Zahl unterscheidbarer Bildpunk- te), aber die Lichtausbeute kann - je nach Bildinhalt - durch die Absorption recht klein ausfallen, und ein Musterwechsel erfordert einen kompletten Wechsel des Dias. Neben dem unerwünschten Lichtverlust selbst kann auch die Erwärmung des Dias durch die Absorption zu Problemen führen. A large number of devices for producing optical patterns are already known. In a classic slide projector, e.g. Light is absorbed by the slide wherever the intensity in the desired pattern should be small. This works with high resolution (number of distinguishable pixels), but the light output can - depending on the image content - be quite small due to the absorption, and a pattern change requires a complete change of the slide. In addition to the unwanted loss of light itself, the heating of the slide by the absorption can lead to problems.
Eine Art Weiterentwicklung des Diaprojektors stellen die so genannten Bea- mer dar, bei denen statt des Dias ein frei programmierbarer Flächeniichtmo- dulator (spatial light modulator, SLM) das Muster definiert. Der Flächenlicht- modulator kann dabei wahlweise mikromechanisch (mit Mikrospiegeln, be- sonders verbreitet ist die DLP-Technik von Texas Instruments) oder mit Flüs- sigkristallen (LCD, LCoS) arbeiten. Er erlaubt die computergesteuerte Erzeu- gung unterschiedlichster optischer Muster ohne vorherige Herstellung indivi- dueller Dias. Zudem wird vorteilhaft die Absorption des Lichts räumlich vom Flächenlichtmodulator getrennt. Ungünstig bleibt jedoch, dass Stellen niedri- ger Intensität nur durch die Absorption der (teuer erzeugten) Strahlung er- reicht werden können. Besonders ungünstig wird dies, wenn die gewünsch- ten Muster einen großen Anteil dunkler Stellen und nur kleine Flächenanteile mit besonders hohen Spitzenintensitäten haben sollen. Dies kommt z. B. bei der optischen Materialbearbeitung vor, z.B. durch Aufschmelzen oder Ablati- on. A kind of further development of the slide projector are the so-called beamer, in which instead of the slide a freely programmable area light modulator (SLM) defines the pattern. The surface light modulator can either be micromechanical (with micromirrors, especially the DLP technology from Texas Instruments) or liquid crystals (LCD, LCoS). It allows the computer-aided generation of a wide variety of optical patterns without the need for previous production of individual slides. In addition, the absorption of the light is advantageously spatially separated from the area light modulator. However, it remains unfavorable that low-intensity sites can only be achieved by absorbing the (expensive) radiation. This is particularly unfavorable if the desired patterns are to have a large proportion of dark spots and only small areas with particularly high peak intensities. This comes z. In optical material processing, e.g. by melting or ablation.
Zur Vermeidung von Lichtverlusten durch Absorption gibt es im Stand der Technik bereits die Mustererzeugung mittels diffraktiver optischer Elemente (DOE). Durch ein solches diffraktives optisches Element wird der einfallende Lichtstrahl in seiner Phase so moduliert, dass er effektiv, entsprechend dem gewünschten Muster, in mehrere Teilstrahlen aufgespalten wird, was z. 6. in Dokument [1] beschrieben ist. Das zu erzeugende Muster erscheint hier im Fernfeld bzw. in der Fokusebene einer Linse, wenn die auf das diffraktive optische Element einfallende Strahlung eine ebene Welle ist (alternativ kann die Beleuchtung auch mit konvergentem oder divergentem Licht erfolgen, das Bild entsteht dann an anderer Stelle, was hier unwesentlich ist). Das dif- fraktive optische Element wird dabei anders als ein Dia nicht real abgebildet. Im einfachsten Fall besteht das diffraktive optische Element aus einer einsei- tig strukturierten transparenten oder auch reflektierenden Platte. Dabei muss jedoch zur Projektion eines anderen Musters ein entsprechendes neues dif- fraktives optisches Element hergestellt werden. Dieses Prinzip der Musterer- zeugung wird z. B. im Beleuchtungsstrahlengang aktueller Halbleiter- Lithografiemaschinen angewandt. In order to avoid light losses through absorption, pattern generation by means of diffractive optical elements (DOE) already exists in the prior art. By such a diffractive optical element of the incident Modulated light beam in its phase so that it effectively, according to the desired pattern, is split into a plurality of partial beams, which z. 6. is described in document [1]. The pattern to be generated appears here in the far field or in the focal plane of a lens when the incident on the diffractive optical element radiation is a plane wave (alternatively, the illumination can also be done with convergent or divergent light, the image is then produced elsewhere, which is immaterial here). Unlike a slide, the diffractive optical element is not actually imaged. In the simplest case, the diffractive optical element consists of a one-sided structured transparent or also reflecting plate. In this case, however, a corresponding new diffractive optical element must be produced for the projection of another pattern. This principle of pattern generation is described, for. B. applied in the illumination beam path of current semiconductor lithography machines.
Die Mustererzeugung nach dem Prinzip diffraktiver optischer Elemente kann mit programmierbaren Flächenlichtmodulatoren schnell veränderlich gemacht werden, was z. B. in Dokument [2] offenbart ist. Dazu eignen sich grundsätz- lieh phasenschiebende Flächenlichtmodulatoren, welche beispielsweise Mik- rospiegel oder Flüssigkristalle aufweisen können. Nachteilig ist hier, dass ein diffraktives optisches Element für eine gute Bildqualität hinsichtlich der Auflö- sung und dem ausgeleuchteten Winkelbereich extrem viele und extrem klei- ne Pixel benötigt, deren Abmessungen nahe der Lichtwellenlänge liegen. Während dies bei den festen, geätzten diffraktiven optischen Elementen ein- fach zu realisieren ist, ist die extreme Verkleinerung der aktiven Pixel eines Flächenlichtmodulators technisch sehr viel schwieriger und teurer. Zudem müssen für all diese Pixel auch jeweils Ansteuerdaten berechnet und an den Flächenlichtmodulator übertragen werden, was ebenfalls einen großen Auf- wand bedeutet. The pattern generation according to the principle of diffractive optical elements can be made quickly variable with programmable surface light modulators, which z. As disclosed in document [2]. In principle, phase-shifting surface light modulators, which may, for example, have micromirrors or liquid crystals, are suitable for this purpose. The disadvantage here is that a diffractive optical element for a good image quality with regard to the resolution and the illuminated angle range requires extremely many and extremely small pixels whose dimensions are close to the wavelength of the light. While this is easy to achieve with solid, etched diffractive optical elements, the extreme reduction of the active pixels of a surface light modulator is technically much more difficult and expensive. In addition, control data must also be calculated for all these pixels and transmitted to the area light modulator, which also means a great deal of effort.
Einen anderen Weg gehen daher Aufbauten mit Flächenlichtmodulatoren, welche eine inkohärente Mustererzeugung nach dem Beam-Steering-Prinzip verfolgen, was z. B. durch Dokument [3], dort speziell Figur 10, offenbart ist. Derartige Flächenlichtmodulatoren weisen in zwei Dimensionen kippbare Mikrospiegel auf, deren Auslenkung oft als tip tilt Funktion bezeichnet wird und die sehr viel größer sind als die benutzte Lichtwellenlänge. Jeder einzel- ne dieser Mikrospiegel reflektiert daher irn Wesentlichen nach dem Prinzip Ausfallswinkel gleich Einfallswinkel diejenigen Teilstrahlen des einfallenden Lichts, welche auf ihn fallen. Bei Beleuchtung mit einer ebenen Welle ent- steht dann das gewünschte Lichtmuster durch geeignete Auslenkung aller Mikrospiegel aus den jeweiligen Teilstrahlen im Fernfeld bzw. im Fokus einer Linse. Dieses Verfahren ist prinzipiell dadurch gekennzeichnet, dass sich die Teilstrahlen, welche von verschiedenen Mikrospiegeln ausgehen, aber zu einem gemeinsamen Bildpunkt beitragen, inkohärent überlagern. Another way go therefore structures with surface light modulators, which pursue an incoherent pattern generation according to the beam-steering principle, which z. B. by document [3], there specifically Figure 10, is disclosed. Such surface light modulators have in two dimensions tiltable micromirrors whose deflection is often referred to as a tip tilt function and which are much larger than the used wavelength of light. Each individual micromirror thus essentially reflects those partial beams of the incident light which fall on it, essentially according to the principle of angles of incidence equal to angles of incidence. When illuminated with a plane wave, the desired light pattern is then formed by suitable deflection of all micromirrors from the respective partial beams in the far field or in the focus of a lens. This method is principally characterized in that the partial beams, which emanate from different micromirrors but contribute to a common pixel, overlay incoherently.
Dieser Aufbau hat wie ein vergleichbarer Aufbau mit einem diffraktiven opti- schen Element die Eigenschaft, dass das gesamte vom Flächenlichtmodula- tor reflektierte Licht genutzt werden kann. Sehr vorteilhaft ist es dabei, dass wesentlich weniger Pixel benötigt werden als bei einem Flächenlichtmodula- tor mit einem diffraktiven optischen Element, so dass auch sehr viel weniger Ansteuerdaten berechnet und übertragen werden müssen. Dieser Aufbau hat aber auch den Nachteil, dass die Beugung an den einzelnen Mikrospiegeln die Auflösung sowie die Bildschärfe empfindlich begrenzt. Anders ausge- drückt, kann der Durchmesser jedes Bildpunktes der Teilstrahlen in der Bild- ebene nicht kleiner werden, als durch die Beugung am einzelnen Mikrospie- gel bedingt. Für eine sehr gute Bildqualität, insbesondere hinsichtlich der Auflösung und Schärfe, sind daher sehr große Mikrospiegel erforderlich, die wiederum in den gängigen MEMS-Prozessen nur mit großem Aufwand in großen Mikrospiegelarrays für viele unabhängige Bildpunkte herzustellen sind. Außerdem steigt das Trägheitsmoment großer Mikrospiegel mit einer hohen Potenz der lateralen Abmessungen an, wobei der genaue Wert der Potenz von der Skalierung der Spiegeldicke abhängt, die für eine akzeptable Planarität mit vergrößert werden muss. Bei begrenzten Antriebsspannungen und damit -kräften können daher große Mikrospiegel nur wesentlich langsa- mer bewegt werden als kleinere This structure, like a comparable structure with a diffractive optical element, has the property that the entire light reflected by the surface light modulator can be used. It is very advantageous in this case that substantially fewer pixels are required than in the case of a surface light modulator having a diffractive optical element, so that much less drive data also has to be calculated and transmitted. However, this structure also has the disadvantage that the diffraction at the individual micromirrors delimits the resolution and the sharpness of the image. In other words, the diameter of each pixel of the partial beams in the image plane can not become smaller than that caused by the diffraction at the individual micromirror. For a very good image quality, especially in terms of resolution and sharpness, therefore, very large micromirrors are required, which in turn can be produced in the current MEMS processes only with great effort in large micromirror arrays for many independent pixels. In addition, the moment of inertia of large micromirrors increases with a high power of lateral dimensions, the exact value of the power depending on the scaling of the mirror thickness, which must be increased for acceptable planarity. With limited drive voltages and therefore forces, large micromirrors can only be moved much slower than smaller ones
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung zur Erzeugung eines zweidimensionalen optischen Musters aus Bildpunkten in einer Bildebene bereitzustellen. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Erzeugung eines zweidi- mensionalen optischen Musters aus Bildpunkten in einer Bildebene, welche folgende Merkmale umfasst: eine Steuereinrichtung zum Steuern der Erzeugung des optischen Musters; ein Mikrospiegelarray zum Reflektieren von Lichtstrahlen, welche flächig auf das Mikrospiegelarray einfallen, wobei das Mikrospiegelarray eine Vielzahl von Mikrospiegeln aufweist, welche jeweils durch die Steuereinrichtung we- nigstens um eine erste Achse verkippbar sind, so dass eine Richtung eines Schwerpunktstrahls der an dem jeweiligen Mikrospiegel reflektierten Licht- strahlen einstellbar ist; eine durch die Steuereinrichtung steuerbare Beleuchtungseinrichtung zum Erzeugen der Lichtstrahlen, welche so ausgebildet ist, dass die Lichtstrahlen wenigstens teilweise flächig kohärent sind; eine Fokussiereinrichtung zum Fokussieren der an der Vielzahl von Mikro- spiegeln des Mikrospiegelarrays reflektierten Lichtstrahlen auf die Bildebene; wobei die Steuereinrichtung zum derartigen Steuern einer oder mehrerer aus mehreren Mikrospiegeln der Vielzahl von Mikrospiegeln gebildeten Mikro- spiegelgruppe ausgebildet ist, dass sich die an den Mikrospiegeln einer der Mikrospiegelgruppen reflektierten Schwerpunktstrahlen in der Bildebene tref- fen und dass optische Weglängen der an den Mikrospiegeln der jeweiligen Mikrospiegelgruppe reflektierten Schwerpunktstrahlen von der Beleuch- tungseinrichtung bis zur Bildebene gleich sind oder sich um ein ganzzahliges Vielfaches einer Wellenlänge der Lichtstrahlen unterscheiden, um so einen Bildpunkt der Bildpunkte zu erzeugen. The object of the present invention is to provide an improved apparatus for generating a two-dimensional optical pattern of pixels in an image plane. The object is achieved by an apparatus for producing a two-dimensional optical pattern of pixels in an image plane, comprising the following features: a control device for controlling the generation of the optical pattern; a micromirror array for reflecting light beams incident flatly on the micromirror array, the micromirror array having a plurality of micromirrors each tiltable by the control means at least about a first axis such that a direction of a centroid beam reflects that of the respective micromirror Light rays is adjustable; an illumination device controllable by the control device for generating the light rays, which is designed so that the light rays are at least partially coherent surface; focusing means for focusing the light beams reflected at the plurality of micromirrors of the micromirror array onto the image plane; wherein the control device is designed to control one or more micromirror groups formed from a plurality of micromirrors of the plurality of micromirrors, such that the centroid beams reflected at the micromirrors of one of the micromirror groups meet in the image plane, and optical path lengths at the micromirrors of the respective micromirrors Micromirror group reflected focal rays from the lighting device to the image plane are the same or differ by an integer multiple of a wavelength of the light beams, so as to produce a pixel of the pixels.
Bei der Steuereinrichtung kann sich insbesondere um eine digitale elektroni- sche Steuereinrichtung, insbesondere um einen Computer, handeln. The control device may in particular be a digital electronic control device, in particular a computer.
Unter einem Schwerpunktstrahl der an einem Mikrospiegels reflektierten Lichtstrahlen wird derjenige Lichtstrahl verstanden, der am Schwerpunkt der Spiegelfläche des jeweiligen Mikrospiegels reflektierten wird. Bei einer rechtwinkligen Spiegelfläche ist der Schwerpunkt beispielsweise durch den Kreuzungspunkt der Diagonalen der Spiegelfläche definiert. A centroid ray of the light rays reflected at a micromirror is understood to mean that light ray which is reflected at the center of gravity of the mirror surface of the respective micromirror. At a right-angled mirror surface, the center of gravity is defined, for example, by the crossing point of the diagonal of the mirror surface.
Die Beleuchtungseinrichtung ist dabei so ausgebildet, dass die erzeugten Lichtstrahlen wenigstens im räumlichen Bereich einer der Mikrospiegelgrup- pen im Wesentlichen kohärent sind. The illumination device is designed such that the generated light beams are substantially coherent at least in the spatial region of one of the micromirror groups.
Die Fokussiereinrichtung kann zwischen dem Mikrospiegelarray und der Bildebene oder zwischen der Beleuchtungseinrichtung und dem Mikrospie- gelarray angeordnet sein. The focusing device can be arranged between the micromirror array and the image plane or between the illumination device and the micromirror array.
Die Lösung der oben genannten Aufgabe erfolgt auf der Basis des oben be- schriebenen Beam-Steering- Aufbaus, wobei zumindest teilweise räumlich kohärente Lichtstrahlen verwendet werden, die in der Bildebene interferieren, wobei die Phasen der interferierenden Schwerpunktstrahlen gesteuert wer- den. The solution to the above object is based on the above-described beam steering structure, wherein at least partially spatially coherent light beams are used, which interfere in the image plane, wherein the phases of the interfering center of gravity beams are controlled.
Der wesentliche Unterschied der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber der aus dem Dokument [3] bekannten Vorrichtung ist also der, dass zumin- dest teilweise kohärentes Licht verwendet wird in der Bildebene interferieren, wobei die Phasen der interferierenden Schwerpunktstrahten durch eine Ein- stellung ihrer optischen Weglängen eingestellt werden. The essential difference between the device according to the invention and the device known from document [3] is that at least partially coherent light is used to interfere in the image plane, the phases of the interfering centroid beams being set by adjusting their optical path lengths ,
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Mikrospiegel der jeweili- gen Mikrospiegelgruppe so gesteuert, dass sich die im Wesentlichen kohä- renten Lichtstrahlen der Mikrospiegel der Mikrospiegelgruppe konstruktiv überlagern, um so einen Bildpunkt zu erzeugen. Hierzu werden die Mikro- spiegel der jeweiligen Mikrospiegelgruppe so verkippt, dass sich einerseits die an den Mikrospiegeln einer der Mikrospiegelgruppen reflektierten In the device according to the invention, the micromirrors of the respective micromirror group are controlled in such a way that the substantially coherent light beams of the micromirrors of the micromirror group are structurally superimposed so as to produce a pixel. For this purpose, the micromirrors of the respective micromirror group are tilted in such a way that, on the one hand, they reflect on the micromirrors of one of the micromirror groups
Schwerpunktstrahlen in der Bildebene in einem Mittelpunkt des Bildpunktes treffen und dass die optischen Weglängen der an den Mikrospiegeln der je- weiligen Mikrospiegelgruppe reflektierten Schwerpunktstrahlen von der Be- leuchtungseinrichtung bis zur Bildebene gleich sind oder sich um ein ganz- zahliges Vielfaches einer Wellenlänge der Lichtstrahlen unterscheiden. Durch die Einstellung der optischen Weglängen wird erreicht, dass die an dem Mittelpunkt des Biidpunktes eintreffenden Schwerpunklslrahien dieselbe Phasenlage aufweisen. Hierdurch wird vermieden, dass die kohärenten Lichtstrahlen unerwünschte Beugungsmuster erzeugen, welche eine Auftei- lung des Bildpunktes in mehrere Teilbildpunkte bewirken würde, und so das Bildrauschen erhöhen würde. Focusing rays in the image plane in a center of the pixel meet and that the optical path lengths of the reflected at the micromirrors of the respective micromirror focus beams from the lighting device to the image plane are the same or differ by an integer multiple of a wavelength of the light beams. By adjusting the optical path lengths, it is achieved that the heavy-weight beams arriving at the center of the center point have the same phase position. This avoids that the coherent light beams produce unwanted diffraction patterns, which would cause a division of the pixel into several subpixels, and thus increase the image noise.
Für jeden Bildpunkt in der Bildebene werden erfindungsgemäß die Mikro- spiegel einer Mikrospiegelgruppe so gesteuert, dass sich die an den Mikro- spiegeln einer der Mikrospiegelgruppen reflektierten Schwerpunktstrahlen genau in der Mitte des gewünschten Bildpunktes treffen. Die Steuereinrich- tung kann dabei so ausgebildet sein, dass die Mikrospiegel einer Mikrospie- gelgruppe zur Erzeugung eines Bildpunktes parallel ausgerichtet sind, um zu erreichen, dass sich die an den Mikrospiegeln einer der Mikrospiegelgruppen reflektierten Schwerpunktstrahlen genau in der Mitte des gewünschten Bild- punktes treffen. Die räumliche Lage der beteiligten Mikrospiegel wird jeweils so berechnet und eingestellt, dass die optische Weglänge all dieser Schwer- punktstrahlen von der Beleuchtungseinrichtung bis zur Bildebene gleich ist oder sich jeweils um ein ganzzahliges Vielfaches der benutzten Lichtwellen- länge unterscheidet. Dies kann auf einen kleinen Bruchteil der benutzten Lichtwellenlänge genau sein, z. B. 5%, besser 1 %. For each pixel in the image plane, according to the invention, the micromirrors of a micromirror group are controlled in such a way that the centroid rays reflected at the micromirrors of one of the micromirror groups meet exactly in the middle of the desired pixel. The control device can be designed such that the micromirrors of a micromirror group for generating a pixel are aligned in parallel in order to ensure that the centroid beams reflected at the micromirrors of one of the micromirror groups meet exactly in the middle of the desired image point , The spatial position of the micromirrors involved is calculated and set such that the optical path length of all these center-of-gravity beams from the illumination device to the image plane is the same or differs by an integer multiple of the wavelength of light used. This can be accurate to a small fraction of the wavelength of light used, e.g. 5%, better 1%.
Damit interferieren alle Schwerpunktstrahlen einer Mikrospiegelgruppe kon- struktiv, was hier eine entsprechend hohe Intensität erzeugt. In der Umge- bung dieses Punktes ergeben sich zwangsläufig andere Phasenbeziehungen der an dem jeweiligen Mikrospiegel reflektierten Lichtstrahlen, die automa- tisch einen steilen Abfall der Intensität und damit einen scharfen Bildpunkt ergeben. Der Durchmesser dieses Bildpunktes kann bei guter Mikrospiegel- qualität und präziser Ansteuerung so klein sein, wie es der Beugung an ei- nem einzelnen Mikrospiegel von der Größe der gesamten genutzten Mikro- spiegelgruppe entspricht. Eine Mikrospiegelgruppe von zum Beispiel 16 Mik- rospiegeln kann also einen Bildpunkt von 1/16 derjenigen Fläche erzeugen, die von einem einzelnen dieser Mikrospiegel herrühren würde. Die Intensität im Zentrum dieses Bildpunktes wird dabei 256-fach (=162) größer. Im Ver- gleich dazu ergibt sich bei einer inkohärenten Überlagerung der reflektierten Lichtstrahlen bei einer Mikrospiegelgruppe von 16 Mikrospiegeln ein Bild- punkt mit der ursprünglichen Breite und Länge sowie eine nur 16-fach höhere Intensität. This means that all centroid rays of a micromirror group structurally interfere, which produces a correspondingly high intensity here. In the vicinity of this point, other phase relationships of the light beams reflected at the respective micromirror inevitably result, which automatically result in a steep drop in intensity and thus a sharp image point. With good micromirror quality and precise control, the diameter of this pixel can be as small as corresponds to the diffraction on a single micromirror of the size of the entire micromirror group used. Thus, a micromirror array of, for example, 16 micromirrors can produce a pixel 1/16 of that area which would result from a single one of these micromirrors. The intensity in the center of this pixel is thereby 256 times (= 16 2 ) larger. In contrast, an incoherent superimposition of the reflected light rays in a micromirror group of 16 micromirrors results in an image point with the original latitude and longitude and only 16 times higher intensity.
Bevorzugt sind die Mikrospiegel einer der Mikrospiegelgruppen nach Art ei- ner quadratischen Matrix (n x n Matrix) angeordnet. In diesem Fall ergibt sich für die Längsrichtung und für die Breitenrichtung des Bildpunktes dieselbe Schärfe. Grundsätzlich jedoch können die Mikrospiegel einer der Mikrospie- gelgruppen nach Art einer beliebigen m x n Matrix angeordnet sein. Dabei sind die Mikrospiegel einer der Mikrospiegelgruppen unabhängig von den Mikrospiegeln der anderen Mikrospiegelgruppen einstellbar, um so un- terschiedliche Bildpunkte erzeugen zu können. The micromirrors of one of the micromirror groups are preferably arranged in the manner of a square matrix (n × n matrix). In this case, the same sharpness is obtained for the longitudinal direction and the width direction of the pixel. In principle, however, the micromirrors of one of the micromirror groups can be arranged in the manner of any desired m × n matrix. In this case, the micromirrors of one of the micromirror groups can be adjusted independently of the micromirrors of the other micromirror groups so as to be able to produce different pixels.
Die Erfindung ermöglicht die Projektion eines optischen Musters, das direkt von einem Computer ohne individuelle Herstellung von Hilfselementen, wie z. B. Masken oder diffraktive optische Elemente, bestimmt wird. Das Mikro- spiegelarray erlaubt gleichzeitig die Positionierung der Bildpunkte und die Herstellung der Phasengleichheit der Schwerpunktstrahlen der Bildpunkte. Das Muster-Erzeugungsprinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung beruht nicht auf der Absorption des bereits erzeugten Lichts, bietet daher eine hohe Lichtausbeute und weist eine hohe Auflösung und Präzision der Musterwie- dergabe auf. The invention enables the projection of an optical pattern directly from a computer without individual preparation of auxiliary elements, such. As masks or diffractive optical elements is determined. The micromirror array also allows the positioning of the pixels and the production of the phase equality of the centroid rays of the pixels. The pattern generation principle of the device according to the invention is not based on the absorption of the already generated light, therefore offers a high luminous efficacy and has a high resolution and precision of pattern reproduction.
Die Erfindung eignet sich besonders für Anwendungen, in denen möglichst scharfe, helle Lichtpunkte in einem dunklen Umfeld benötigt werden, die frei positioniert und in ihrer Intensität eingestellt werden können. Hier ist insbe- sondere die Materialbearbeitung zu nennen, speziell die Ablation, aber auch thermische Behandlung bis hin zum Aufschmelzen der Oberfläche eines Werkstücks. Auch die chemische Beeinflussung eines Werkstücks bzw. Fo- tolacks ist denkbar, wie z. B. in der Lithografie. Auch die Verwendung in an- deren Geräten zur Mustererzeugung ist möglich. The invention is particularly suitable for applications in which the sharpest possible bright points of light in a dark environment are needed, which can be freely positioned and set in their intensity. Here, in particular, the material processing should be mentioned, especially the ablation, but also thermal treatment up to the melting of the surface of a workpiece. The chemical influence of a workpiece or photoresist is conceivable, such. B. in lithography. The use in other devices for pattern generation is also possible.
In einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die einzelnen Mikrospiegel des Mikrospiegelarrays um genau eine erste Achse verkippbar und ansonsten festgelegt. Dabei können die Mikrospiegel einer Zeile des Mikrospiegelarrays um eine gemeinsame erste Achse verkippbar sein, welche parallel zu der Zeile ausgerichtet ist. Die Mikrospiegel der ande- ren Zeilen sind jeweils um eine weitere gemeinsame erste Achse verkippbar , wobei die ersten Achsen der verschiedenen Zeilen jeweils parallel zueinan- der ausgerichtet sein können. Dabei können die Mikrospiegel einer Mikro- spiegelgruppe unabhängig von den Mikrospiegeln der anderen Mikrospiegel- gruppen um die jeweilige erste Achse verkippbar sein, um so gleichzeitig mehrere quer zur ersten Achse versetzte Bildpunkte zu erzeugen. Zeilen und Spalten des Mikrospiegelarrays können dabei sinngemäß vertauscht werden. Wenn die Mikrospiegel lediglich um eine erste Achse verkippbar sind, ist die Erzeugung eindimensionaler optischer Muster möglich. In one exemplary embodiment of the device according to the invention, the individual micromirrors of the micromirror array can be tilted about exactly one first axis and otherwise fixed. In this case, the micromirrors of a row of the micromirror array can be tilted about a common first axis which is aligned parallel to the line. The micromirrors of the other rows can each be tilted about a further common first axis, wherein the first axes of the different rows can each be aligned parallel to one another. In this case, the micromirrors of a micromirror group can be tiltable about the respective first axis independently of the micromirrors of the other micromirror groups, so as to simultaneously generate a plurality of pixels offset transversely to the first axis. Lines and columns of the micromirror array can be exchanged mutatis mutandis. If the micromirrors can only be tilted about a first axis, the generation of one-dimensional optical patterns is possible.
Die Bedingung der Phasengleichheit der Schwerpunktstrahlen in einer Mik- rospiegelgruppe, die gemeinsam für einen Bildpunkt genutzt werden, kann hierbei jedoch nur für diskrete Bildpunkte erfüllt werden, wobei der Abstand der möglichen Bildpunkte von dem Raster des Mikrospiegelarrays abhängt. Damit ist das Kontinuum möglicher Bildpunkte in der Bildebene auf das dis- krete Raster der Beugungsordnungen des Mikrospiegelarrays eingeschränkt. Der Vorteil dieses Ausführungsbeispiels besteht jedoch darin, dass die Men- ge der benötigten Steuerdaten für das Mikrospiegelarray vergleichsweise gering ist. The condition of the phase equality of the centroid beams in a micromirror group, which are used together for one pixel, can, however, only be fulfilled for discrete pixels, the spacing of the possible pixels depending on the grid of the micromirror array. Thus, the continuum of possible pixels in the image plane is limited to the discrete grid of the diffraction orders of the micromirror array. The advantage of this embodiment, however, is that the amount of control data required for the micromirror array is comparatively low.
Die Einschränkung auf ein vorgegebenes Raster von möglichen Bildpunkten mag zunächst sehr ungünstig erscheinen, eine Anwendung zur Musterer- zeugung kann aber doch sinnvoll sein. So können z. B. individuelle Markie- rungen an Produkten mittels Ablation hergestellt werden. Hier ist eine hohe Spitzenintensität wichtig, wobei das optische Muster auch gut erkannt wer- den kann, wenn die einzelnen Bildpunkte deutlich voneinander getrennt sind. Weitere Ausführungsbeispiele ohne diese Einschränkung werden unten of- fenbart. The restriction to a given grid of possible pixels may initially appear very unfavorable, but an application for pattern generation may be useful. So z. For example, individual markings on products can be made by ablation. Here a high peak intensity is important, whereby the optical pattern can also be recognized well if the individual pixels are clearly separated from each other. Other embodiments without this limitation will be disclosed below.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung beträgt eine Länge der Mikrospiegel und/oder eine Breite der Mikrospiegel mindestens das 5- fache, bevorzugt mindestens das 10-fache, und besonders bevorzugt das 20-fache, der Wellenlänge der Lichtstrahlen. Auf diese Weise kann sicherge- stellt werden, dass an den einzelnen Mikrospiegeln eine Umlenkung der Lichtstrahlen nach der Gleichung Einfallwinkel = Ausfallwinkel erfolgt. Zudem kann so die Anzahl der erforderlichen Mikrospiegel gering gehalten werden, so dass die Menge der benötigten Steuerdaten klein gehalten werden kann. According to an advantageous development of the invention, a length of the micromirrors and / or a width of the micromirrors is at least 5 times, preferably at least 10 times, and particularly preferably 20 times, the wavelength of the light beams. In this way it can be ensured that at the individual micromirrors a deflection of the light beams takes place according to the equation angle of incidence = angle of failure. moreover Thus, the number of required micromirrors can be kept small, so that the amount of required control data can be kept small.
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist die Steuereinrich- tung zum derartigen Bilden einer der Mikrospiegelgruppen ausgebildet, dass eine der Mikrospiegelgruppen aus benachbarten Mikrospiegeln der Vielzahl von Mikrospiegeln gebildet ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die auf die Mikrospiegel der derart gebildeten Mikrospiegelgruppe einfallen- den Lichtstrahlen besonders kohärent sind, so dass besonders scharf be- grenzte Bildpunkte erzeugbar sind. Benachbart sind Mikrospiegel dann, wenn sich kein anderer Mikrospiegel zwischen den betrachteten Spiegeln befindet. According to an expedient development of the invention, the control device is designed to form one of the micromirror groups such that one of the micromirror groups is formed from adjacent micromirrors of the plurality of micromirrors. This makes it possible to ensure that the light beams incident on the micromirrors of the micromirror group thus formed are particularly coherent, so that particularly sharply delimited pixels can be generated. Adjacent are micromirrors when no other micromirror is between the mirrors considered.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Steuereinrich- tung zum derartigen Steuern der Mikrospiegelgruppen ausgebildet, dass zwei benachbarte oder einander überlappende Bildpunkte (BP) der Bildpunk- te (BP) durch zwei nicht benachbarte Mikrospiegelgruppen der Mikrospiegel- gruppen erzeugbar sind. Hierdurch ist es möglich, dass neben den beson- ders scharf begrenzten Bildpunkten auch Bildpunkte mit weicheren Übergän- gen erzeugbar sind, da die Kohärenz der auf die Mikrospiegel der jeweiligen Mikrospiegelgruppe einfallenden Lichtstrahlen in der Praxis abnimmt, wenn die Mikrospiegelgruppen räumlich beabstandet sind. According to a preferred embodiment of the invention, the control device for controlling the micromirror groups is designed such that two adjacent or overlapping pixels (BP) of the pixels (BP) can be generated by two non-adjacent micromirror groups of the micromirror groups. As a result, it is possible that in addition to the particularly sharply delimited pixels, pixels with softer transitions can be generated, since the coherence of the light rays incident on the micromirrors of the respective micromirror group decreases in practice if the micromirror groups are spaced apart spatially.
Benachbart sind Mikrospiegelgruppen dann, wenn sich kein Mikrospiegel einer anderen Mikrospiegelgruppe zwischen den betrachteten Mikrospiegel- gruppen befindet. Mikrospiegelgruppen sind dann nicht benachbart, wen sich zwischen den betrachteten Mikrospiegelgruppen Mikrospiegel einer anderen Mikrospiegelgruppe befinden. Bei Verwendung einer teilkohärenten Beleuchtung können benachbarte bzw. überlappende Bildpunkte in der Bildebene von nicht benachbarten Mikro- spiegelgruppen gebildet werden, deren Abstand oberhalb der räumlichen Kohärenzlänge liegt. Damit ist es neben der Erzeugung besonders scharfer Bildpunkte möglich, breitere Lichtverteilungen mit weicheren Übergängen zu erzeugen, indem die zur Erzeugung des einen benachbarten Bildpunktes verwendeten Lichtstrahlen so ausgewählt werden, dass sie inkohärent im Verhältnis zu den Lichtstrahlen sind, welche zur Erzeugung des anderen be- nachbarten Bildpunktes verwendet werden. Micromirror groups are adjacent when there is no micromirror of another micromirror group between the micromirror groups under consideration. Micromirror groups are then not adjacent to each other, who are micromirrors of another micromirror group between the considered micromirror groups. When using partially coherent illumination, adjacent or overlapping pixels in the image plane can be formed by non-adjacent micromirror groups whose spacing is above the spatial coherence length. Thus, in addition to the generation of particularly sharp pixels, it is possible to produce broader light distributions with softer transitions by selecting the light beams used to produce the one adjacent pixel to be incoherent in the Relative to the light rays, which are used to generate the other adjacent pixel.
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist die Steuereinrich- tung zum Steuern einer Intensität der Beleuchtungseinrichtung ausgebildet. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung das gesamte vom Mikrospiegelarray reflektierte Licht nutzt, ist es sinnvoll, wenn die Intensität der Beleuchtungs- einrichtung schnell veränderbar ist. Dann kann zu jedem Zeitpunkt genau so viel Licht erzeugt werden, wie entsprechend dem zu erzeugenden optischen Muster aktuell gebraucht wird. Lässt die Beleuchtungseinrichtung eine aus- reichend schnelle Modulation nicht zu, kann alternativ oder zusätzlich ein Absorber eingesetzt werden, der beispielsweise so ausgebildet ist, dass er bei großen Mikrospiegelwinkeln bestrahlt wird und dadurch Licht absorbiert. Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Mikrospiegel jeweils durch die Steuereinrichtung zusätzlich um eine zweite Achse, welche quer zu der ersten Achse verläuft, verkippbar, so dass die Richtung des Schwerpunktstrahls der an dem jeweiligen Mikrospiegel reflektierten Licht- strahlen zweidimensional einstellbar ist. Dabei können die Mikrospiegel einer Spalte des Mikrospiegelarrays um eine gemeinsame zweite Achse verkipp- bar sein, welche parallel zu einer Spalte des Mikrospiegelarrays ausgerichtet ist. Die Mikrospiegel der anderen Spalte sind jeweils um eine weitere ge- meinsame zweite Achse unabhängig voneinander verkippbar, wobei die zweiten Achsen der verschiedenen Spalten jeweils parallel zueinander aus- gerichtet sein können. Dabei können die Mikrospiegel einer Mikrospiegel- gruppe unabhängig von den Mikrospiegeln der anderen Mikrospiegelgruppen um die zweiten Achsen verkippbar sein, um so gleichzeitig mehrere Bild- punkte zu erzeugen, um so gleichzeitig mehrere quer zur jeweiligen zweiten Achse versetzte Bildpunkte zu erzeugen. Zeilen und Spalten des Mikrospie- gelarrays können dabei sinngemäß vertauscht werden. Wenn die Mikrospie- gel um eine erste Achse und eine zweite Achse verkippbar sind, ist die Er- zeugung zweidimensionaler optischer Muster möglich. According to an expedient development of the invention, the control device is designed to control an intensity of the illumination device. Since the device according to the invention uses the entire light reflected by the micromirror array, it makes sense if the intensity of the illumination device can be changed rapidly. Then, just as much light can be generated at any one time as is currently needed according to the optical pattern to be generated. If the illumination device does not allow a sufficiently fast modulation, an absorber can alternatively or additionally be used, which is designed, for example, such that it is irradiated at large micromirror angles and thereby absorbs light. According to a preferred development of the invention, the micromirrors are each tiltable by the control device additionally about a second axis, which runs transversely to the first axis, so that the direction of the center of gravity beam of the light rays reflected at the respective micromirror is two-dimensionally adjustable. In this case, the micromirrors of a column of the micromirror array can be tiltable about a common second axis, which is aligned parallel to a column of the micromirror array. The micromirrors of the other column can each be tilted independently of each other about a further common second axis, wherein the second axes of the different columns can each be aligned parallel to one another. In this case, the micromirrors of a micromirror group can be tiltable about the second axes independently of the micromirrors of the other micromirror groups so as to simultaneously generate a plurality of image points in order to simultaneously generate a plurality of pixels offset transversely to the respective second axis. Lines and columns of the micro mirror array can be exchanged mutatis mutandis. If the micro mirrors can be tilted about a first axis and a second axis, the generation of two-dimensional optical patterns is possible.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist die Steuerein- richtung zum derartigen Bilden einer der Mikrospiegelgruppen ausgebildet, dass eine der Mikrospiegelgruppen aus zweidimensional angeordneten Mik- rospiegeln der Vielzahl von Mikrospiegeln gebildet ist. Auf diese Weise kann eine Mikrospieyelgruppe gebildet würden, deren Mikrospiegel besonders na- he beieinander angeordnet sind, so dass die darauf einfallenden Lichtstrah- len besonders kohärent sind, so dass besonders scharfe Bildpunkte erzeugt werden können. According to an expedient development of the invention, the control device is designed to form one of the micromirror groups such that one of the micromirror groups consists of two-dimensionally arranged micromirror groups. is formed by the multiplicity of micromirrors. In this way, a microspile group could be formed whose micromirrors are arranged particularly close to each other, so that the light rays incident thereon are particularly coherent, so that particularly sharp image points can be generated.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung sind die Mikro- Spiegel jeweils durch die Steuereinrichtung längs einer Hubrichtung, welche quer zu einer Spiegelfläche des jeweiligen Mikrospiegels verläuft, verschieb- bar, so dass die optische Weglänge des an dem jeweiligen Mikrospiegel re- flektierten Schwerpunktstrahls veränderbar ist. According to an expedient development of the invention, the micromirrors are each displaceable by the control device along a stroke direction, which runs transversely to a mirror surface of the respective micromirror, so that the optical path length of the center of gravity beam reflected at the respective micromirror can be changed.
Wenn dieses Merkmal in einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Mikrospie- gel genau um die erste Achse verkippbar sind, vorgesehen wird, dann kön- nen die Bildpunkte kontinuierlich auf einer Linie erzeugt werden, da die Pha- senbedingung für jeden Punkt der Linie durch Einstellen des Hubs gewähr- leistet werden kann. Dabei kann insbesondere in Anwendungen, die in der Bildebene unterschiedliche Anforderungen für die beiden Koordinatenachsen haben, der Aufwand in der Herstellung und vor Allem für die Kalibrierung und die Ansteuerung des Mikrospiegelarrays reduziert werden. If this feature is provided in an embodiment in which the micromirrors are tiltable just about the first axis, then the pixels can be continuously generated on a line since the phase condition for each point of the line is adjusted by adjusting the Hubs can be guaranteed. In this case, in particular in applications which have different requirements for the two coordinate axes in the image plane, the outlay in terms of production and, above all, for the calibration and the activation of the micromirror array can be reduced.
Falls dieses Merkmal in einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Mikrospie- gel um die erste Achse und um die zweite Achse verkippbar sind, vorgese- hen wird, dann können ist es möglich, Bildpunkte an jedem beliebigen Ort in der Bildebene, also ohne Einhaltung eines Rasters, zu erzeugen, da die Phasonbedingung für jeden Ort der Bildebene durch Einstellen des Hubs gewährleistet werden kann. If this feature is provided in an embodiment in which the micromirrors are tiltable about the first axis and about the second axis, then it is possible to image pixels at any location in the image plane, ie without observing a grid to generate since the phasing condition for each location of the image plane can be ensured by adjusting the stroke.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist die Steuerein- richtung zum Steuern einer Verschiebeeinrichtung ausgebildet, welche zum Verschieben eines bestrahlbaren Bereichs in einer Verschieberichtung relativ zu einem zu bestrahlenden Objekt ausgebildet ist. According to an expedient development of the invention, the control device is designed to control a displacement device which is designed to displace an irradiable region in a displacement direction relative to an object to be irradiated.
Unter einem bestrahlbaren Bereich kann dabei jener Bereich verstanden werden, in dem ein optisches Muster in einem Arbeitsgang bzw. mit einem Lichtpuls erzeugt werden kann. Form und Größe des bestrahlbaren Bereichs sind dabei von den Freiheitsgraden der Mikrospiegel, von der Brennweite der Fokussiereinrichtung und von den möglichen Abienkwinkein der Mikrospiegel abhängig. Sollen Bereiche außerhalb des bestrahlbaren Bereichs bestrahlt werden, kann dies durch relatives Verschieben des zu bestrahlenden Objekts gegenüber dem bestrahlbaren Bereich und durch mehrfache Lichtpulse er- reicht werden, sodass ein größerer bestrahlbarer Gesamtbereich entsteht. Dies kann auch als Stitching von optischen Teiimustern bezeichnet werden. An area which can be irradiated can be understood to be that area in which an optical pattern can be generated in one operation or with one light pulse. Shape and size of the irradiated area are dependent on the degrees of freedom of the micromirrors, the focal length of the focusing device and the possible Abienkwinkein the micromirror. If areas outside the irradiable area are to be irradiated, this can be achieved by relative displacement of the object to be irradiated in relation to the area which can be irradiated and by multiple light pulses, so that a larger total area that can be irradiated is produced. This can also be referred to as stitching of optical partial patterns.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Verschiebeein- richtung als mechanische Verschiebeeinrichtung ausgebildet. Die mechani- sche Verschiebeeinrichtung kann so ausgebildet sein, dass entweder das optische Muster oder das zu bestrahlende Objekt oder beide bewegt werden. According to a preferred embodiment of the invention, the displacement device is designed as a mechanical displacement device. The mechanical displacement device can be designed such that either the optical pattern or the object to be irradiated or both are moved.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Verschiebeein- richtung als optische Verschiebeeinrichtung ausgebildet. Dabei kann die op- tische Verschiebeeinrichtung insbesondere einen oder mehrere verkippbare Spiegel und/oder einen oder mehrere rotierende Polygonspiegel aufweisen. According to an advantageous development of the invention, the displacement device is designed as an optical displacement device. In this case, the optical displacement device can in particular have one or more tiltable mirrors and / or one or more rotating polygon mirrors.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Verschiebeein- richtung so ausgebildet, dass die Verschieberichtung schräg zu einem Punkt- raster des optischen Musters verläuft. Hierdurch ist es möglich, mittels einer Verschiebung ein Punktraster möglicher Bildpunkte so über das zu bestrah- lende Objekt zu verschieben, dass ein bestrahlbarer Bereich das zu bestrah- lende Objekt vollständig abdeckt. According to a preferred embodiment of the invention, the displacement device is designed so that the displacement direction extends obliquely to a dot raster of the optical pattern. In this way, it is possible by means of a shift to move a dot matrix of possible pixels over the object to be irradiated in such a way that an area which can be irradiated completely covers the object to be irradiated.
In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung eines optischen Musters aus Bildpunkten in einer Bildebene, wel- ches folgende Schritte umfasst: Steuern der Erzeugung des optischen Musters mittels einer Steuereinrich- tung; In a further aspect, the object is achieved by a method for generating an optical pattern from pixels in an image plane, comprising the steps of: controlling the generation of the optical pattern by means of a control device;
Reflektieren von Lichtstrahlen, welche flächig auf ein Mikrospiegelarray ein- fallen, wobei das Mikrospiegelarray eine Vielzahl von Mikrospiegeln aufweist, welche jeweils durch die Steuereinrichtung wenigstens um eine erste Achse verkippt werden, um eine Richtung eines Schwerpunktstrahls der an dem jeweiligen Mikrospiegel reflektierten Lichtstrahlen einzustellen; Reflecting light rays incident on a micromirror array in a planar manner, wherein the micromirror array has a multiplicity of micromirrors which are each at least about a first axis by the control device be tilted to adjust a direction of a centroid ray of the light rays reflected at the respective micromirror;
Erzeugen der Lichtstrahlen mittels einer durch die Steuereinrichtung gesteu- erten Beleuchtungseinrichtung, wobei die Lichtstrahlen derart erzeugt wer- den, dass sie wenigstens teilweise räumlich kohärent sind; Generating the light beams by means of an illumination device controlled by the control device, the light beams being generated in such a way that they are at least partially spatially coherent;
Fokussieren der an der Vielzahl von Mikrospiegeln des Mikrospiegelarrays reflektierten Lichtstrahlen auf die Bildebene durch eine Fokussiereinrichtung; Focusing the light beams reflected at the plurality of micromirrors of the micromirror array onto the image plane by a focusing device;
Verwendung der Steuereinrichtung zum Steuern einer aus mehreren Mikro- Spiegeln der Vielzahl von Mikrospiegeln gebildeten Mikrospiegelgruppe, so dass sich die an den Mikrospiegeln der Mikrospiegelgruppe reflektierten Schwerpunktstrahlen in der Bildebene treffen und dass optische Weglängen der an den Mikrospiegeln der Mikrospiegelgruppe reflektierten Schwerpunkt- strahlen von der Beleuchtungseinrichtung bis zur Bildebene gleich sind oder sich um ein ganzzahliges Vielfaches einer Wellenlänge der Lichtstrahlen un- terscheiden, um so einen Bildpunkt der Bildpunkte zu erzeugen. Vorteile und mögliche Weiterbildung sind anhand der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben. Use of the control device for controlling a micromirror group formed from a plurality of micromirrors of the plurality of micromirrors, such that the centroid beams reflected at the micromirrors of the micromirror group meet in the image plane, and optical path lengths of the centroid beams reflected at the micromirrors of the micromirror group of the illumination device are the same up to the image plane or differ by an integer multiple of a wavelength of the light beams, so as to produce a pixel of the pixels. Advantages and possible further development are described with reference to the device according to the invention.
Im Folgenden werden die vorliegende Erfindung und deren Vorteile anhand von Figuren näher beschrieben. Es zeigen: In the following, the present invention and its advantages will be described in more detail with reference to figures. Show it:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vor- richtung in einer schematischen Darstellung in einer x-y Ebene; 1 shows a first embodiment of a device according to the invention in a schematic representation in an x-y plane;
Figur 2 eine Detailansicht des ersten Ausführungsbeispiels der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung in einer z-y Ebene; FIG. 2 shows a detailed view of the first exemplary embodiment of the device according to the invention in a schematic representation in a z-y plane;
Figur 3 ein Diagramm zur Darstellung der Funktionsweise des ersten Figure 3 is a diagram illustrating the operation of the first
Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Figur 4 eine Detailansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der er- findungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstel- lung in einer z-y Ebene; Figur 5 eine Detailansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung in einer x-y Ebene; ein Diagramm zur Darstellung der Funktionsweise des dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung; eine Teilansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung in einer x-y Ebene; eine Teilansicht eines fünften Ausführungsbeispiels der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung in einer x-y Ebene; eine Detailansicht einer Weiterbildung des zweiten Ausfüh- rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung; eine Detailansicht einer Weiterbildung des dritten Ausführungs- beispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schema- tischen Darstellung; eine Detailansicht einer Weiterbildung des dritten Ausführungs- beispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schema- tischen Darstellung; und eine Detailansicht einer Weiterbildung des dritten Ausführungs- beispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schema- tischen Darstellung. Gleiche oder gleichartige Elemente oder Elemente mit gleicher oder äquiva- lenter Funktion sind im Folgendort mit gleichen oder gleichartigen Bezugs- zeichen versehen. In der folgenden Beschreibung werden Ausführungsbeispiele mit einer Viel- zahl von Merkmalen der vorliegenden Erfindung näher beschrieben, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu vermitteln. Es ist jedoch festzuhalten, dass die vorliegende Erfindung auch unter Auslassung einzelner der be- schriebenen Merkmale umgesetzt werden kann. Es sei auch darauf hinge- wiesen, dass die in verschiedenen Ausführungsbeispielen gezeigten Merk- male auch in anderer Weise kombinierbar sind, sofern dies nicht ausdrück- lich ausgeschlossen ist oder zu Widersprüchen führen würde. Embodiment of the device according to the invention; FIG. 4 shows a detailed view of a second exemplary embodiment of the device according to the invention in a schematic representation in a zy plane; FIG. 5 shows a detailed view of a third exemplary embodiment of the device according to the invention in a schematic illustration in an xy plane; a diagram illustrating the operation of the third embodiment of the device according to the invention; a partial view of a fourth embodiment of the inventive device in a schematic representation in an xy plane; a partial view of a fifth embodiment of the inventive device in a schematic representation in an xy plane; a detailed view of a development of the second exemplary embodiment of the device according to the invention in a schematic representation; a detailed view of a development of the third embodiment of the device according to the invention in a schematic representation; a detailed view of a development of the third embodiment of the device according to the invention in a schematic representation; and a detailed view of a development of the third embodiment of the device according to the invention in a schematic representation. Identical or similar elements or elements with the same or equivalent function are provided with the same or similar reference symbols in the following place. In the following description, embodiments having a plurality of features of the present invention will be described in detail to provide a better understanding of the invention. It should be noted, however, that the present invention may be practiced by omitting some of the features described. It should also be pointed out that the features shown in various exemplary embodiments can also be combined in other ways, unless this is expressly excluded or would lead to contradictions.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vor- richtung 1 in einer schematischen Darstellung. Die Vorrichtung zur Erzeu- gung eines optischen Musters OM aus Bildpunkten BP in einer Bildebene BE umfasst folgende Merkmale: eine Steuereinrichtung 2 zum Steuern der Erzeugung des optischen Musters OM; ein Mikrospiegelarray 3 zum Reflektieren von Lichtstrahlen LS, welche flä- chig auf das Mikrospiegelarray 3 einfallen, wobei das Mikrospiegelarray 3 eine Vielzahl von Mikrospiegeln 4 aufweist, welche jeweils durch die Steuer- einrichtung 2 wenigstens um eine erste Achse EA verkippbar sind, so dass eine Richtung eines Schwerpunktstrahls SST der an dem jeweiligen Mikro- spiegel 4 reflektierten Lichtstrahlen LS einstellbar ist; eine durch die Steuereinrichtung 2 steuerbare Beleuchtungseinrichtung 5 zum Erzeugen der Lichtstrahlen LS, welche so ausgebildet ist, dass die Lichtstrahlen LS wenigstens teilweise räumlich kohärent sind; eine Fokussiereinrichtung 6 zum Fokussieren der an der Vielzahl von Mikro- spiegeln 4 des Mikrospiegelarrays 3 reflektierten Lichtstrahlen LS auf die Bildebene BE; wobei die Steuereinrichtung 2 zum derartigen Steuern einer oder mehrerer aus mehreren Mikrospiegeln 4 der Vielzahl von Mikrospiegeln 4 gebildeten Mikrospiegelgruppen 7 ausgebildet ist, dass sich die an den Mikrospiegeln 4 einer der Mikrospiegelgruppen 7 reflektierten Schwerpunktstrahlen SST in der Bildebene BE treffen und dass optische Weglängen der an den Mikro- spiegeln 4 der jeweiligen Mikrosptegelgruppe 7 reflektierten Schwerpunkt- strahlen SST von der Beleuchtungseinrichtung 5 bis zur Bildebene BE gleich sind oder sich um ein ganzzahliges Vielfaches einer Wellenlänge der Licht- strahlen LS unterscheiden, um so einen Bildpunkt BP der Bildpunkte BP zu erzeugen. Figure 1 shows a first embodiment of an inventive device 1 in a schematic representation. The device for generating an optical pattern OM from pixels BP in an image plane BE comprises the following features: a control device 2 for controlling the generation of the optical pattern OM; a micromirror array 3 for reflecting light beams LS which are incident flatly on the micromirror array 3, the micromirror array 3 having a multiplicity of micromirrors 4 which can be tilted by the control device 2 at least about a first axis EA, so that a Direction of a centroid beam SST of the respective micro mirror 4 reflected light beams LS is adjustable; a lighting device 5 controllable by the control device 2 for generating the light beams LS, which is designed such that the light beams LS are at least partially spatially coherent; a focusing device 6 for focusing the light beams LS reflected at the plurality of micromirrors 4 of the micromirror array 3 onto the image plane BE; wherein the control device 2 is designed to control one or more micromirror groups 7 formed from a plurality of micromirrors 4 of the plurality of micromirrors 4 such that the focus beams SST reflected at the micromirrors 4 of one of the micromirror groups 7 meet in the image plane BE and that optical path lengths are at Focusing beams SST reflected from the illumination device 5 to the image plane BE are different from the micromirrors 4 of the respective micro-filter group 7 or differ by an integer multiple of a wavelength of the light beams LS, so as to produce a pixel BP of the pixels BP.
In der Ansicht der Figur 1 ist lediglich eine Spalte des Mikrospiegelarrays 3 sichtbar, beispielhaft vier Mikrospiegel 4.1 bis 4.4. Weitere 3 Spalten des Mikrospiegelarrays 3 sind dabei verdeckt. Dies ist jedoch insoweit als bei- spielhaft zu verstehen, als in der Praxis wesentlich mehr Spalten mit jeweils wesentlich mehr Mikrospiegeln 4 vorgesehen sein können. In the view of FIG. 1, only one column of the micromirror array 3 is visible, for example four micromirrors 4.1 to 4.4. Another 3 columns of the micromirror array 3 are hidden. However, this is to be understood as an example insofar as substantially more gaps, each with significantly more micromirrors 4, can be provided in practice.
Von den Lichtstrahlen LS sind lediglich Schwerpunktstrahl SST1 , welcher am Mikrospiegel 4.1 reflektierte wird, Schwerpunktstrahl SST2, welcher am Mik- rospiegel 4.2 reflektiert wird, Schwerpunktstrahl SST3, welcher am Mikro- spiegel 4.3 reflektiert wird, und Schwerpunktstrahl SST 4, welcher am Mikro- spiegel 4.4 reflektiert wird, dargestellt. Of the light beams LS, only the centroid beam SST1, which is reflected at the micromirrors 4.1, centroid beam SST2, which is reflected at the micromirror 4.2, centroid beam SST3, which is reflected at the micromirror 4.3, and centroid beam SST 4, which is at the micromirror 4.4 is reflected, shown.
Dabei wird durch eine interferierende Überlagerung der kohärenten Schwer- punktstrahlen SST1 bis SST4 der Bildpunkt BP erzeugt. In this case, the pixel BP is generated by an interfering superimposition of the coherent gravity spot beams SST1 to SST4.
Die Steuereinrichtung 2 ist zur Steuerung des Mikrospiegelarrays 3 mittels Steuerdaten STM und zur Steuerung der Beleuchtungseinrichtung 5 mittels Steuerdaten STB ausgebildet. The control device 2 is designed to control the micromirror array 3 by means of control data STM and to control the illumination device 5 by means of control data STB.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Steuereinrich- tung 2 zum Steuern einer Intensität der Beleuchtungseinrichtung 5 ausgebil- det. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 das gesamte vom Mikrospie- gelarray 3 reflektierte Licht nutzt, ist es sinnvoll, wenn die Intensität der Be- leuchtungseinrichtung 5 schnell veränderbar ist. Dann kann zu jedem Zeit- punkt genau so viel Licht LS erzeugt werden, wie entsprechend dem zu er- zeugenden optischen Muster OM aktuell gebraucht wird. Lässt die Beleuch- tungseinrichtung 5 eine ausreichend schnelle Modulation nicht zu, kann al- ternativ oder zusätzlich ein Absorber eingesetzt werden, der beispielsweise so ausgebildet ist, dass er bei großen Mikrospiegelwinkeln bestrahlt wird und dadurch Licht LS absorbiert. According to an advantageous development of the invention, the control device 2 is designed to control an intensity of the illumination device 5. Since the device 1 according to the invention uses the entire light reflected by the micro mirror array 3, it makes sense if the intensity of the lighting device 5 can be changed rapidly. Then just as much light LS can be generated at any time as generating optical pattern OM is currently used. If the lighting device 5 does not allow a sufficiently fast modulation, alternatively or additionally an absorber can be used which, for example, is designed such that it is irradiated at large micromirror angles and thereby absorbs light LS.
In einem weiteren Aspekt betrifft der Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines optischen Musters OM aus Bildpunkten BP in einer Bildebene BE, wel- ches folgende Schritte umfasst: In a further aspect, the invention relates to a method for producing an optical pattern OM from pixels BP in an image plane BE, which comprises the following steps:
Steuern der Erzeugung des optischen Musters OM mittels einer Steuerein- richtung 2; Controlling the generation of the optical pattern OM by means of a control device 2;
Reflektieren von Lichtstrahlen LS, welche flächig auf ein Mikrospiegelarray 3 einfallen, wobei das Mikrospiegelarray 3 eine Vielzahl von Mikrospiegeln 4 aufweist, welche jeweils durch die Steuereinrichtung 2 wenigstens um eine erste Achse EA verkippt werden, um eine Richtung eines Schwerpunktstrahls SST der an dem jeweiligen Mikrospiegel 4 reflektierten Lichtstrahlen LS ein- zustellen; Reflecting light beams LS, which surface area on a micromirror array 3, the micromirror array 3 having a plurality of micromirrors 4, which are each tilted by the control device 2 at least about a first axis EA to a direction of a centroid beam SST of the respective micromirror 4 to adjust reflected light beams LS;
Erzeugen der Lichtstrahlen LS mittels einer durch die Steuereinrichtung 2 gesteuerten Beleuchtungseinrichtung 5, wobei die Lichtstrahlen LS derart erzeugt werden, dass sie wenigstens teilweise räumlich kohärent sind; Fokussieren der an der Vielzahl von Mikrospiegeln 4 des Mikrospiegelarrays 3 reflektierten Lichtstrahlen LS auf die Bildebene BE durch eine Fokussier- einrichtung 6; Generating the light beams LS by means of a lighting device 5 controlled by the control device 2, the light beams LS being generated in such a way that they are at least partially spatially coherent; Focusing the light beams LS reflected at the plurality of micromirrors 4 of the micromirror array 3 onto the image plane BE through a focusing device 6;
Verwendung der Steuereinrichtung 2 zum Steuern einer aus mehreren Mik- rospiegeln 4 der Vielzahl von Mikrospiegeln 4 gebildeten Mikrospiegelgruppe 7, so dass sich die an den Mikrospiegeln 4 der Mikrospiegelgruppe 7 reflek- tierten Schwerpunktstrahlen 7 in der Bildebene BE treffen und dass optische Weglängen der an den Mikrospiegeln 4 der Mikrospiegelgruppe 7 reflektier- ten Schwerpunktstrahlen SST von der Beleuchtungseinrichtung 5 bis zur Bildebene BE gleich sind oder sich um ein ganzzahliges Vielfaches einer Wellenlänge der Lichtstrahlen LS unterscheiden, um so einen Bildpunkt BP der Bildpunkte BP zu erzeugen. Use of the control device 2 for controlling a micromirror group 7 formed from a plurality of micromirrors 4 of the plurality of micromirrors 4, such that the centroid beams 7 reflected at the micromirrors 4 of the micromirror group 7 meet in the image plane BE, and optical path lengths corresponding to the Micromirrors 4 of the micromirror group 7 reflected focus beams SST from the illumination device 5 to the image plane BE are equal to or an integral multiple of a Distinguish wavelength of the light beams LS, so as to generate a pixel BP of the pixels BP.
Figur 2 zeigt eine Oetailansicht des ersten Ausführungsbeispiels der erfm- dungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer schematischen Darstellung. Figure 2 shows an Oetailansicht of the first embodiment of the inventive device 1 in a schematic representation.
Im ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 sind die einzelnen Mikrospiegel 4 des Mikrospiegelarrays 3 um genau eine erste Achse EA verkippbar und ansonsten festgelegt. Dabei können die Mikrospie- gel 4.1 , 4.5, 4.9, 4.13 einer ersten Zeile des Mikrospiegelarrays 3 um eine erste gemeinsame erste Achse EA1 , jedoch unabhängig voneinander, ver- kippbar sein, welche parallel zu der ersten Zeile ausgerichtet ist. Die Mikro- spiegel 4.2, 4.6, 4.10, 4.14 der zweiten Zeile sind jeweils um eine zweite ge- meinsame erste Achse EA2 unabhängig voneinander verkippbar, die Mikro- spiegel 4.3, 4.7, 4.11 , 4.15 der dritten Zeile sind um eine dritte gemeinsame erste Achse EA3 unabhängig voneinander verkippbar und die Mikrospiegel 4.4, 4.8, 4.12, 4.16 der vierten Zeile sind um eine vierte gemeinsame erste Achse EA4 unabhängig voneinander verkippbar, wobei die ersten Achsen EA1-EA4 der verschiedenen Zeilen jeweils parallel zueinander ausgerichtet sein können. In the first exemplary embodiment of the device 1 according to the invention, the individual micromirrors 4 of the micromirror array 3 can be tilted by exactly one first axis EA and otherwise fixed. In this case, the micromirrors 4.1, 4.5, 4.9, 4.13 of a first row of the micromirror array 3 can be tiltable about a first common first axis EA1, but independently of one another, which is aligned parallel to the first row. The micromirrors 4.2, 4.6, 4.10, 4.14 of the second row are each independently tiltable about a second common first axis EA2, the micromirrors 4.3, 4.7, 4.11, 4.15 of the third row are around a third common first axis EA3 tilt independently and the micromirrors 4.4, 4.8, 4.12, 4.16 of the fourth row are tilted independently of each other about a fourth common first axis EA4, wherein the first axes EA1-EA4 of the different rows can each be aligned parallel to each other.
In diesem Fall kann die Mikrospiegelgruppe 7.1 aus den Mikrospiegeln 4.1, 4.2, 4.3 und 4.4, welche jeweils in derselben Spalte des Mikrospiegelarrays 3 angeordnet sind, gebildet werden. Die Mikrospiegelgruppe 7.2 kann aus den Mikrospiegeln 4.5, 4.6, 4.7 und 4.8, welche jeweils in derselben Spalte des Mikrospiegelarrays 3 angeordnet sind, gebildet werden, die Mikrospiegel- gruppe 7.3 kann aus den Mikrospiegeln 4.9, 4.10, 4.11 und 4.12, welche je- weils in derselben Spalte des Mikrospiegelarrays 3 angeordnet sind, gebildet werden und die Mikrospiegelgruppe 7.4 kann aus Mikrospiegeln 4.13, 4.14, 4.15 und 4.16, welche jeweils in derselben Spalte des Mikrospiegelarrays 3 angeordnet sind, gebildet werden. Die Mikrospiegelgruppen sind also bei- spielhaft nach Art einer 4 x 1 Matrix angeordnet. In this case, the micromirror group 7.1 can be formed from the micromirrors 4.1, 4.2, 4.3 and 4.4, which are each arranged in the same column of the micromirror array 3. The micromirror group 7.2 can be formed from the micromirrors 4.5, 4.6, 4.7 and 4.8, which are each arranged in the same column of the micromirror array 3; the micromirror group 7.3 can be formed from the micromirrors 4.9, 4.10, 4.11 and 4.12, which respectively are formed in the same column of the micromirror array 3, and the micromirror group 7.4 can be formed of micromirrors 4.13, 4.14, 4.15 and 4.16, which are respectively arranged in the same column of the micromirror array 3. The micromirror groups are thus arranged, for example, in the manner of a 4 × 1 matrix.
Wenn die Mikrospiegel 4 lediglich um eine erste Achse EA verkippbar sind, ist die Erzeugung eindimensionaler optischer Muster möglich. Die Bedingung der Phasengleichheit der Schwerpunktstrahlen in einer Mik- rospiegeigruppe 7, die gemeinsam für einen Bildpunkt BP genutzt werden, kann hierbei jedoch nur für diskrete Bildpunkte BP erfüllt werden, wobei der Abstand der möglichen Bildpunkte BP von dem Abstand der Mikrospiegel 4 abhängt. Damit ist das Kontinuum möglicher Bildpunkte BP in der Bildebene BE auf das diskrete Raster der Beugungsordnungen des Mikrospiegelarrays 3 eingeschränkt. Der Vorteil dieses Ausführungsbeispiels besteht jedoch da- rin, dass die Menge der benötigten Steuerdaten für das Mikrospiegelarray 3 und die mechanische Komplexität des Mikrospiegelarrays vergleichsweise gering ist. If the micromirrors 4 can only be tilted about a first axis EA, it is possible to produce one-dimensional optical patterns. However, the condition of the phase equality of the centroid rays in a microreggio group 7, which are used jointly for one pixel BP, can be fulfilled only for discrete pixels BP, the spacing of the possible pixels BP depending on the distance of the micromirrors 4. Thus, the continuum of possible pixels BP in the image plane BE is restricted to the discrete grid of the diffraction orders of the micromirror array 3. The advantage of this embodiment, however, is that the amount of control data required for the micromirror array 3 and the mechanical complexity of the micromirror array is comparatively low.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung beträgt eine Länge L der Mikrospiegel 4 und/oder eine Breite B der Mikrospiegel 4 mindestens das 5-fache, bevorzugt mindestens das 10-fache, und besonders bevorzugt das 20-fache, der Wellenlänge der Lichtstrahlen LS. Auf diese Weise kann si- chergestellt werden, dass an den einzelnen Mikrospiegeln 4 eine Umlenkung der Lichtstrahlen LS nach der Gleichung Einfallwinkel = Ausfallwinkel erfolgt. Zudem kann so die Anzahl der erforderlichen Mikrospiegel 4 gering gehalten werden, so dass die Menge der benötigten Steuerdaten und der Fertigungs- aufwand für das Mikrospiegelarray klein gehalten werden kann According to a preferred embodiment of the invention, a length L of the micromirrors 4 and / or a width B of the micromirrors 4 is at least 5 times, preferably at least 10 times, and particularly preferably 20 times, the wavelength of the light beams LS. In this way it can be ensured that at the individual micromirrors 4 there is a deflection of the light beams LS according to the equation angle of incidence = angle of failure. In addition, the number of required micromirrors 4 can thus be kept low, so that the amount of control data required and the production costs for the micromirror array can be kept small
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Steuereinrich- tung 2 zum derartigen Bilden einer der Mikrospiegelgruppen 7 ausgebildet, dass eine der Mikrospiegelgruppen 7 aus benachbarten Mikrospiegeln 4 der Vielzahl von Mikrospiegeln 4 gebildet ist. Hierdurch kann sichergestellt wer- den, dass die auf die Mikrospiegel 4 der derart gebildeten Mikrospiegelgrup- pe 7 einfallenden Lichtstrahlen besonders kohärent sind, so dass besonders scharf begrenzte Bildpunkte BP erzeugbar sind. Gemäß einer nicht gezeigten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Steuereinrichtung 2 zusätzlich zum derartigen Steuern der Mikrospiegel- gruppen 7 ausgebildet sein, dass zwei benachbarte Bildpunkte BP der Bild- punkte BP durch zwei nicht benachbarte Mikrospiegelgruppen 7 der Mikro- spiegelgruppen 7 erzeugbar sind. Hierdurch ist es möglich, dass neben den besonders scharf begrenzten Bildpunkten BP auch Bildpunkte BP mit wei- cheren Übergängen erzeugbar sind, da die Kohärenz der auf die Mikrospie- gel 4 der jeweiligen Mikrospiegeigruppe 7 einfallenden Lichtstrahlen LS in der Praxis abnimmt, wenn die Mikrospiegelgruppen 7 räumlich beanstandet sind. Bei Verwendung einer teilkohärenten Beleuchtung können benachbarte bzw. überlappende Bildpunkte BP in der Bildebene BE von nicht benachbarten Mikrospiegelgruppen 7 gebildet werden, deren Abstand oberhalb der räumli- chen Kohärenzlänge liegt. Damit ist es neben der Erzeugung besonders scharfer Bildpunkte BP möglich, breitere Lichtverteilungen mit weicheren Übergängen zu erzeugen, indem die zur Erzeugung des einen benachbarten Bildpunktes BP verwendeten Lichtstrahlen LS so ausgewählt werden, dass sie inkohärent im Verhältnis zu den Lichtstrahlen LS sind, welche zur Erzeu- gung des anderen benachbarten Bildpunktes BP verwendet werden. Figur 3 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Funktionsweise des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. According to an advantageous development of the invention, the control device 2 is designed to form one of the micromirror groups 7 such that one of the micromirror groups 7 is formed from adjacent micromirrors 4 of the plurality of micromirrors 4. This makes it possible to ensure that the light beams incident on the micromirrors 4 of the micromirror group 7 thus formed are particularly coherent, so that particularly sharply delimited pixels BP can be generated. According to an advantageous embodiment of the invention which is not shown, the control device 2 can be designed in addition to controlling the micromirror groups 7 such that two adjacent pixels BP of the pixels BP can be generated by two non-adjacent micromirror groups 7 of the micromirror groups 7. As a result, it is possible that, in addition to the especially sharply delimited pixels BP, pixels BP with softer transitions can also be generated, since the coherence of the microspots on the microspots Gel 4 incident light beam LS decreases in practice, the micromirror groups 7 spatially objected. If partially coherent illumination is used, adjacent or overlapping pixels BP in the image plane BE may be formed by non-adjacent micromirror groups 7 whose spacing is above the spatial coherence length. Thus, in addition to the generation of particularly sharp pixels BP, it is possible to produce broader light distributions with softer transitions by selecting the light beams LS used to generate the one adjacent pixel BP to be incoherent with respect to the light beams LS used to generate - Be used the other adjacent pixel BP. FIG. 3 shows a diagram for illustrating the mode of operation of the first exemplary embodiment of the device 1 according to the invention.
Dabei zeigt Figur 3 eine eindimensionale Simulation der Verteilung der Strah- lungsintensität SI.K in der Bildebene BE bei Überlagerung der kohärenten Lichtbündel mit den Schwerpunktstrahlen SST1 bis SST4 der Mikrospiegel 4.1 bis 4.4 der Mikrospiegeigruppe 7.1 und zum Vergleich die Verteilung der Strahlungsintensität Sl.l in der Bildebene BE bei Überlagerung von entspre- chenden inkohärenten Lichtbündeln von 4 derartigen Mikrospiegeln. Es ist klar erkennbar, dass die Strahlungsintensität SI.K das vier-fache Maximum der Strahlungsintensität Sl.l erreicht, wobei die Halbwertsbreite auf 1/4 ab- sinkt, so dass ein scharfer und heller Bildpunkt BP entsteht. Eine derartige Verteilung der Strahlungsintensität SI.K ist jedoch, wenn der Hub der Mikro- Spiegel 4 nicht einstellbar ist, lediglich an denjenigen diskreten Punkten mög- lich, an denen eine ganzzahlige Beugungsordnung des Gitters der Mikro- Spiegel liegt. FIG. 3 shows a one-dimensional simulation of the distribution of the radiation intensity SI.K in the image plane BE with superimposition of the coherent light bundles with the centroid rays SST1 to SST4 of the micromirrors 4.1 to 4.4 of the micropiping group 7.1 and for comparison the distribution of the radiation intensity SI in FIG the image plane BE with superposition of corresponding incoherent light bundles of 4 such micromirrors. It can be clearly seen that the radiation intensity SI.K reaches the four-fold maximum of the radiation intensity Sl.sub.1, the half-width falling to 1/4, so that a sharp and bright pixel BP is formed. However, such a distribution of the radiation intensity SI.K is possible only when the stroke of the micromirrors 4 is not adjustable, only at those discrete points at which an integer diffraction order of the grating of the micromirrors lies.
Figur 4 zeigt eine Detailansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der er- findungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer schematischen Darstellung. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Mikrospiegel 4 jeweils durch die Steuereinrichtung 2 zusätzlich um eine zweite Achse ZA, welche quer zu der ersten Achse EA verläuft, verkippbar, so dass die Rich- tung des Schwerpunktstrahls SST der an dem jeweiligen Mikrospiegel 4 re- flektierten Lichtstrahlen LS zweidimensional einstellbar ist. Auf diese Weise kann der erzeugte Bildpunkt in der Bildebene sowohl in x- wie auch in y- Richtung positioniert werden. FIG. 4 shows a detailed view of a second exemplary embodiment of the device 1 according to the invention in a schematic representation. According to an advantageous development of the invention, the micromirrors 4 are additionally each by the control device 2 about a second axis ZA, which extends transversely to the first axis EA, tiltable, so that the direction of the centroid beam SST of the light beams LS reflected at the respective micromirrors 4 can be adjusted in two dimensions. In this way, the generated pixel can be positioned in the image plane in both the x and y directions.
Dabei können die Mikrospiegel 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 einer ersten Spalte des Mik- rospiegelarrays 3 um eine erste gemeinsame zweite Achse ZA1 , jedoch un- abhängig voneinander, verkippbar sein, welche parallel zu der ersten Spalte ausgerichtet ist. Die Mikrospiegel 4.5, 4.6, 4.7, 4.8 der zweiten Spalte sind jeweils um eine zweite gemeinsame zweite Achse ZA2 unabhängig vonei- nander verkippbar, die Mikrospiegel 4.9, 4.10, 4.11 , 4.12 der dritten Spalte sind um eine dritte gemeinsame erste Achse ZA3 unabhängig voneinander verkippbar und die Mikrospiegel 4.13, 4.14, 4.15, 4.16 der vierten Spalte sind um eine vierte gemeinsame zweite Achse ZA4 unabhängig voneinander ver- kippbar, wobei die zweiten Achsen ZA1-ZA4 der verschiedenen Spalten je- weils parallel zueinander ausgerichtet sein können. In this case, the micromirrors 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 of a first column of the micromirror array 3 can be tiltable about a first common second axis ZA1, but independently of one another, which is aligned parallel to the first column. The micromirrors 4.5, 4.6, 4.7, 4.8 of the second column can each be tilted independently of one another about a second common second axis ZA2; the micromirrors 4.9, 4.10, 4.11, 4.12 of the third column can be tilted independently of one another about a third common first axis ZA3 and the micromirrors 4.13, 4.14, 4.15, 4.16 of the fourth column can be tilted independently of one another about a fourth common second axis ZA4, wherein the second axes ZA1-ZA4 of the different columns can each be aligned parallel to one another.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die ist Steuereinrich- tung 2 zum derartigen Bilden einer der Mikrospiegelgruppen 7 ausgebildet, dass eine der Mikrospiegelgruppen 7 aus zweidimensional angeordneten Mikrospiegeln 7 der Vielzahl von Mikrospiegeln 7 gebildet ist. According to an advantageous development of the invention, the control device 2 is designed to form one of the micromirror groups 7 such that one of the micromirror groups 7 is formed from two-dimensionally arranged micromirrors 7 of the plurality of micromirrors 7.
In diesem Fall kann die Mikrospiegelgruppe 7.1 aus den Mikrospiegeln 4.1 , 4.2, 4.5 und 4.6, welche in der ersten bzw. zweiten Spalte des Mikrospie- gelarrays 3 angeordnet sind, gebildet werden. Die Mikrospiegelgruppe 7.2 kann aus den Mikrospiegeln 4.3, 4.4, 4.7 und 4.8, welche jedenfalls in d der ersten bzw. zweiten Spalte des Mikrospiegelarrays 3 angeordnet sind, gebil- det werden, die Mikrospiegelgruppe 7.3 kann aus den Mikrospiegeln 4.9, 4.10, 4.13 und 4.14, welche in der dritten bzw. vierten Spalte des Mikrospie- gelarrays 3 angeordnet sind, gebildet werden und die Mikrospiegelgruppe 7.4 kann aus Mikrospiegeln 4.11 , 4.12, 4.15 und 4.16, welche ebenfalls in der dritten bzw. vierten Spalte des Mikrospiegelarrays 3 angeordnet sind, gebil- det werden. Figur 5 zeigt eine Detailansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer schematischen Darstellung. In this case, the micromirror group 7.1 can be formed from the micromirrors 4.1, 4.2, 4.5 and 4.6, which are arranged in the first or second column of the microphoto-array 3. The micromirror group 7.2 can be formed from the micromirrors 4.3, 4.4, 4.7 and 4.8, which are arranged in any case in the first or second column of the micromirror array 3; the micromirror group 7.3 can be formed from the micromirrors 4.9, 4.10, 4.13 and 4.14 , which are arranged in the third and fourth column of the micro mirror array 3, are formed, and the micromirror group 7.4 may consist of micromirrors 4.11, 4.12, 4.15 and 4.16, which are also arranged in the third and fourth column of the micromirror array 3, gebil - be det. FIG. 5 shows a detailed view of a third exemplary embodiment of the device 1 according to the invention in a schematic representation.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Mikrospiegel 4 jeweils durch die Steuereinrichtung 2 längs einer Hubrichtung HR, welche quer zu einer Spiegelfläche 8 des jeweiligen Mikrospiegels 4 verläuft, ver- schiebbar, so dass die optische Weglänge des an dem jeweiligen Mikrospie- gel 4 reflektierten Schwerpunktstrahls SST veränderbar ist. Falls dieses Merkmal in dem zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem die Mik- rospiegel 4 um die erste Achse EA und um die zweite Achse ZA verkippbar sind, vorgesehen wird, dann können die Bildpunkte BP beliebig, also ohne Einhaltung eines Rasters, in der Bildebene BE erzeugt werden, da die Pha- senbedingung für jeden Punkt der Bildebene BE durch Einstellen des Hubs gewährleistet werden kann. According to an advantageous development of the invention, the micromirrors 4 are each displaceable by the control device 2 along a stroke direction HR, which runs transversely to a mirror surface 8 of the respective micromirror 4, so that the optical path length of the light reflected at the respective micromirror 4 CG beam SST is changeable. If this feature is provided in the second exemplary embodiment, in which the micromirrors 4 can be tilted about the first axis EA and about the second axis ZA, then the pixels BP can be generated in the image plane BE as desired, that is to say without observing a grid Since the phase condition for each point of the image plane BE can be ensured by adjusting the stroke.
Wenn dieses Merkmal in dem ersten Ausführungsbeispiel, bei dem die Mik- rospiegel 4 genau um die erste Achse EA verkippbar sind, vorgesehen wird, dann können die Bildpunkte BP kontinuierlich auf einer Linie erzeugt werden, da die Phasenbedingung für jeden Punkt der Linie durch Einstellen des Hubs gewährleistet werden kann. Dabei kann insbesondere in Anwendungen, die in der Bildebene BE unterschiedliche Anforderungen für die beiden Koordina- tenachsen haben, der Aufwand in der Herstellung und vor Allem für die Kalib- rierung und die Ansteuerung des Mikrospiegelarrays 3 reduziert werden. Aus einer derartigen Bildlinie kann durch Scannen quer zu Ihrer Ausdehnung wiederum ein 2-dimensionales Bild erzeugt werden. Dies kann besonders vorteilhaft genutzt werden, wenn sich z. B ein zu bearbeitendes Werkstück auf einem Förderband an der Belichtungseinheit linear vorbei bewegt. Siehe hierzu Figur 10. If this feature is provided in the first embodiment in which the micromirrors 4 are tiltable just about the first axis EA, then the pixels BP can be continuously generated on a line since the phase condition for each point of the line is adjusted by adjusting the Hubs can be guaranteed. In this case, in particular in applications which have different requirements for the two coordinate axes in the image plane BE, the outlay in the production and above all for the calibration and the activation of the micromirror array 3 can be reduced. From such an image line, a 2-dimensional image can again be generated by scanning transversely to its extent. This can be used particularly advantageous if z. B moves a workpiece to be machined on a conveyor belt on the exposure unit linearly over. See FIG. 10.
Figur 6 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Funktionsweise der Weiter- bildung des dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Dabei zeigt Figur 6 eine eindimensionale Simulation der Verteilung der Strah- lungsintensität SI.K in der Bildebene BE bei Überlagerung der kohärenten Lichtbündel mit den Schwerpunktstrahlen SST1 bis SST4 der Mikrospiegel 4.1 bis 4.4 der Mikrospiegelgruppe 7.1 und zum Vergleich die Verteilung der Strahlungsintensität Sl.l in der Bildebene BE bei Überlagerung von entspre- chenden inkohärenten üchtbündeln von 4 derartigen Mikrospiegeln. Der Un- terschied zur Figur 3 besteht darin, dass nun die gezeigte Verteilung der Strahlungsintensitäten SS.K und SS.I durch eine Einstellung des Hubs der Mikrospiegel 4 unabhängig von den Orten der ganzzahligen Beugungsord- nungen des Gitters der Mikrospiegel erzielt werden kann. FIG. 6 shows a diagram for illustrating the mode of operation of the development of the third exemplary embodiment of the device 1 according to the invention. FIG. 6 shows a one-dimensional simulation of the distribution of the radiation intensity SI.K in the image plane BE with superimposition of the coherent Light beam with the centroid rays SST1 to SST4 of the micromirrors 4.1 to 4.4 of the micromirror group 7.1 and for comparison the distribution of the radiation intensity Sl.l in the image plane BE with superposition of corresponding incoherent bundles of four such micromirrors. The difference to FIG. 3 is that now the distribution of the radiation intensities SS.K and SS.I shown can be achieved by adjusting the stroke of the micromirrors 4 independently of the locations of the integer diffraction orders of the grating of the micromirrors.
Figur 7 zeigt eine Teilansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung in einer x-y Ebene. Hierbei bilden die Mikrospiegel 4.1 und 4.2 eine erste Mikrospiegel- gruppe 7.1. Der Schwerpunktstrahl SST 1 des Mikrospiegels 4.1 und der Schwerpunktstrahl SST 2 des Mikrospiegels 4.2 werden dabei in der Bild- ebene BE überlagert, wobei der Bildpunkt BP1 entsteht. Weiterhin werden der Schwerpunktstrahl SST 3 des Mikrospiegels 4.3, der Schwerpunktstrahl SST 4 des Mikrospiegels 4.4 und der Schwerpunktstrahl SST 5 des Mikro- spiegels 4.5 in der Bildebene BE überlagert, so dass der Bildpunkt BP2 ent- steht. FIG. 7 shows a partial view of a fourth exemplary embodiment of the device according to the invention in a schematic representation in an x-y plane. In this case, the micromirrors 4.1 and 4.2 form a first micromirror group 7.1. The centroid beam SST 1 of the micromirror 4.1 and the centroid beam SST 2 of the micromirror 4.2 are superimposed in the image plane BE, the pixel BP1 being formed. Furthermore, the center of gravity beam SST 3 of the micromirror 4.3, the center of gravity beam SST 4 of the micromirror 4.4 and the center of gravity beam SST 5 of the micromirror 4.5 are superposed in the image plane BE, so that the image point BP2 is created.
Da der Bildpunkt BP1 durch nur zwei Schwerpunktstrahlen SST1 , SST2 er- zeugt wird, während der Bildpunkt BP2 von drei Schwerpunktstrahl SST3 SST4, SST5, ist die maximale Intensität des Bildpunktes BP1 geringer als die maximale Intensität des Bildpunktes BP2. Aus demselben Grund ist die Halbwertsbreite des Bildpunktes BP1 größer als die Halbwertsbreite des Bildpunktes BP2. Since the pixel BP1 is generated by only two centroid rays SST1, SST2, while the pixel BP2 is of three centroid ray SST3 SST4, SST5, the maximum intensity of the pixel BP1 is less than the maximum intensity of the pixel BP2. For the same reason, the half width of the pixel BP1 is larger than the half width of the pixel BP2.
Figur 8 zeigt eine Teilansicht eines fünften Ausführungsbeispiels der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung in einer x-y Ebene. Das fünfte Ausführungsbeispiel ähnelt dem vierten Ausführungsbei- spiel Im fünften Ausführungsbeispiel ist jedoch die Fokussiereinrichtung 6, in Ausbreitungsrichtung der Lichtstrahlen LS gesehen, vor dem Mikrospie- gelarray 3 angeordnet. Figur 9 zeigt eine Detailansicht einer Weiterbildung des zweiten Ausfüh- rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer schemalisdien Darstellung. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Steuereinrich- tung 2 zum Steuern einer Verschiebeeinrichtung ausgebildet, welche zum Verschieben eines bestrahlbaren Bereichs BB in einer Verschieberichtung VR relativ zu einem zu bestrahlenden Objekt OB ausgebildet ist. Unter einem bestrahlbaren Bereich BB kann dabei jener Bereich verstanden werden, in dem ein optisches Muster OM in einem Arbeitsgang bzw. mit einem einzel- nen Lichtpuls erzeugt werden kann. Form und Größe des bestrahlbaren Be- reichs BB sind dabei von den Freiheitsgraden der Mikrospiegel 4, von der Brennweite der Fokussiereinrichtung 6 und von den möglichen Ablenkwin- keln der Mikrospiegel 4 abhängig. Sollen Bereiche außerhalb des bestrahlba- ren Bereichs bestrahlt werden, kann dies durch relatives Verschieben des zu bestrahlenden Objekts OB gegenüber dem bestrahlbaren Bereich BB und durch mehrfache Lichtpulse erreicht werden, sodass ein größerer bestrahlba- rer Gesamtbereich BGB entsteht. Dies kann auch als Stitching von optischen Teilmustem bezeichnet werden. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 9 be- steht der bestrahlbare Bereich BB aus einem zweidimensionalen Punktraster mit 20 möglichen Bildpunkten. Ein derartiges zweidimensionales Punktraster kann mit Mikrospiegeln 4 erzeugt werden, welche um zwei Achsen EA, ZA verkippbar, aber nicht in Hubrichtung HR einstellbar sind. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Verschiebeein- richtung als mechanische Verschiebeeinrichtung ausgebildet. Die mechani- sche Verschiebeeinrichtung kann so ausgebildet sein, dass entweder das optische Muster OM oder das zu bestrahlende Objekt OB oder beide bewegt werden. FIG. 8 shows a partial view of a fifth exemplary embodiment of the device according to the invention in a schematic representation in an xy plane. The fifth embodiment is similar to the fourth embodiment. In the fifth embodiment, however, the focusing device 6, seen in the direction of propagation of the light beams LS, is arranged in front of the micro mirror array 3. FIG. 9 shows a detailed view of a development of the second exemplary embodiment of the device 1 according to the invention in a schematic representation. According to an advantageous development of the invention, the control device 2 is designed to control a displacement device, which is designed to displace an irradiable region BB in a displacement direction VR relative to an object OB to be irradiated. An area which can be irradiated BB can be understood to be that area in which an optical pattern OM can be generated in one operation or with a single light pulse. The shape and size of the irradiable region BB are dependent on the degrees of freedom of the micromirrors 4, on the focal length of the focusing device 6 and on the possible deflection angles of the micromirrors 4. If areas outside the irradiable area are to be irradiated, this can be achieved by relative displacement of the object OB to be irradiated with respect to the irradiable area BB and by multiple light pulses, so that a larger total area BGB can be irradiated. This can also be referred to as stitching of optical sub-patterns. In the embodiment of FIG. 9, the irradiable region BB consists of a two-dimensional dot matrix with 20 possible pixels. Such a two-dimensional dot matrix can be produced with micromirrors 4, which can be tilted about two axes EA, ZA but can not be adjusted in the stroke direction HR. According to an advantageous development of the invention, the displacement device is designed as a mechanical displacement device. The mechanical displacement device can be designed such that either the optical pattern OM or the object OB to be irradiated or both are moved.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Verschiebeein- richtung als optische Verschiebeeinrichtung ausgebildet. Dabei kann die op- tische Verschiebeeinrichtung insbesondere einen oder mehrere verkippbare Spiegel und/oder einen oder mehrere rotierende Polygonspiegel aufweisen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Verschiebeein- richtung VR so ausgebildet, dass die Verschieberichtung schräg zu einem Punktraster des optischen Musters OM verläuft. Hierdurch ist es auch bei denjenigen Ausführungsbeispielen, bei denen die Mikrospiegel lediglich ver- kippbar, aber nicht in Hubrichtung bewegbar sind, so dass Bildpunkte ledig- lich auf einem diskreten Punktraster erzeugbar sind, möglich, das Punktras- ter möglicher Bildpunkte BP so über das zu bestrahlende Objekt OB zu ver- schieben, dass der bestrahlbare Gesamtbereich BGB das zu bestrahlende Objekt OB vollständig abdeckt. According to an advantageous development of the invention, the displacement device is designed as an optical displacement device. In this case, the optical displacement device can in particular have one or more tiltable mirrors and / or one or more rotating polygon mirrors. According to an advantageous embodiment of the invention, the displacement device VR is designed so that the displacement direction is oblique to a dot matrix of the optical pattern OM. As a result, even in those exemplary embodiments in which the micromirrors can only be tilted but are not movable in the stroke direction, so that pixels can only be generated on a discrete dot matrix, it is possible to use the dot matrix of possible pixels BP via the latter irradiating object OB to displace that the total irradiable area BGB completely covers the object OB to be irradiated.
Figur 10 zeigt eine Detailansicht einer Weiterbildung des dritten Ausfüh- rungsbeispiels der erfind ungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 10 besteht der bestrahlbare Bereich BB in der Bildebene BE aus einem linsenförmigen Kontinuum mögli- eher Bildpunkte. Da die Verschieberichtung VR quer zur Ausrichtung des linienförmigen Kontinuums vorgesehen ist, ergibt sich ein viereckiger be- strahlbarer Gesamtbereich BGB. Ein linienförmiger kontinuierlicher bestrahl- barer Bereich BB kann beispielsweise mit einem Mikrospiegelarray 3 erzeugt werden, bei dem die Mikrospiegel 4 lediglich um eine Achse EA verkippbar, jedoch auch in Hubrichtung HR einstellbar, sind. FIG. 10 shows a detailed view of a further development of the third exemplary embodiment of the device according to the invention in a schematic representation. In the exemplary embodiment of FIG. 10, the irradiable region BB in the image plane BE consists of a lenticular continuum, possibly pixels. Since the displacement direction VR is provided transversely to the alignment of the linear continuum, the result is a quadrangular radiant total area BGB. A line-shaped continuous irradiable area BB can be produced, for example, with a micromirror array 3, in which the micromirrors 4 can be tilted only about an axis EA, but are also adjustable in the stroke direction HR.
Figur 11 zeigt eine Detailansicht einer Weiterbildung des dritten Ausfüh- rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 11 besteht der bestrahlbare Bereich BB in der Bildebene BE aus einem zweidimensionalen bzw. recht- eckförmigen Kontinuum möglicher Bildpunkte. Durch eine diskrete Verschie- bung des bestrahlbaren Bereichs BB in der Bildebene BE und in der Ver- schieberichtung VR entsteht ein bestrahlbarer Gesamtbereich BGB, der we- sentlich größer sein kann, als der bestrahlbare Bereich BB selbst. Ein zwei- dimensionales Kontinuum möglicher Bildpunkte kann beispielsweise mit ei- nem Mikrospiegelarray 3 erzeugt werden, bei dem die Mikrospiegel 4 um zwei Achsen EA und ZA verkippbar und in Hubrichtung HR einstellbar sind. FIG. 11 shows a detailed view of a development of the third exemplary embodiment of the device according to the invention in a schematic representation. In the exemplary embodiment of FIG. 11, the irradiable region BB in the image plane BE consists of a two-dimensional or rectangular continuum of possible pixels. A discrete shift of the irradiable area BB in the image plane BE and in the displacement direction VR results in an overall area BGB that can be irradiated which can be considerably larger than the irradiable area BB itself. A two-dimensional continuum of possible pixels can For example, be generated with a micromirror array 3, in which the micromirrors 4 about two axes EA and ZA tiltable and adjustable in the stroke direction HR.
Figur 12 zeigt eine Detailansicht einer Weiterbildung des dritten Ausfüh- rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung. Im Ausführungsbeispiel der Figur 12 besteht der bestrahlbare Bereich BB ebenfalls aus einem zweidimensionalen Kontinuum möglicher Biidpunkte. Dabei ist der bestrahlbare Bereich BB in der Bildebene BE so- wohl in einer ersten Verschieberichtung VR1 als auch in einer zweiten Ver- schieberichtung VR2 verschiebbar, so dass der bestrahlbare Gesamtbereich BGB in beide Verschieberichtung ein VR1 und VR2 gegenüber dem be- strahlbaren Bereich BB erweitert werden kann. FIG. 12 shows a detailed view of a development of the third exemplary embodiment of the device according to the invention in a schematic representation. In the embodiment of Figure 12 is the irradiable Area BB also from a two-dimensional continuum of possible Biidpunkte. In this case, the irradiable area BB is displaceable in the image plane BE both in a first displacement direction VR1 and in a second displacement direction VR2, so that the total radiationable area BGB widens a VR1 and VR2 in relation to the irradiable area BB in both displacement directions can be.
Aspekte der Erfindung, welche hierin im Kontext der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben sind, repräsentieren ebenso Aspekte des erfin- dungsgemäßen Verfahrens. Umgekehrt repräsentieren solche Aspekte der Erfindung, welche hierin im Kontext des erfindungsgemäßen Verfahrens be- schrieben sind, ebenso Aspekte der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Aspects of the invention described herein in the context of the device according to the invention also represent aspects of the method according to the invention. Conversely, those aspects of the invention described herein in the context of the inventive method also represent aspects of the inventive device.
Bezuqszeichen: REFERENCE CHARACTERS:
1 Vorrichtung zur Erzeugung eines optischen Musters 1 Device for generating an optical pattern
2 Steuereinrichtung  2 control device
3 Mikrospiegelarray  3 micromirror array
4 Mikrospiegel  4 micromirrors
5 Beleuchtungseinrichtung  5 lighting device
6 Fokussiereinrichtung  6 focusing device
7 Mikrospiegelgruppe  7 micromirror group
8 Spiegelfläche OM optisches Muster  8 mirror surface OM optical pattern
BP Bildpunkt  BP pixel
BE Bildebene  BE picture level
LS Lichtstrahlen  LS beams
EA erste Achse  EA first axis
SST Schwerpunktstrahl SST focal beam
STM Steuerdaten für das Mikrospiegelarray  STM control data for the micromirror array
STD Steuerdaten für die Beleuchtungseinrichtung  STD control data for the lighting device
Sl Strahlungsintensität  Sl radiation intensity
L Länge  L length
B Breite B width
ZA zweite Achse HR Hubrichtung ZA second axis HR stroke direction
VR Verschieberichtung  VR shift direction
OB zu bestrahlendes Objekt  OB to be irradiated
8B bestrahlbarer Bereich  8B irradiable area
BGB bestrahlbarer Gesamtbereich  BGB total irradiable area
Quellen: Sources:
[1] US 6,563,567 B1 , Hideki Komatsuda et al,„Method and apparatus for illuminating a surface using a protection imaging apparatus"; [1] US 6,563,567 B1, Hideki Komatsuda et al., "Method and apparatus for illuminating a surface using a protection imaging apparatus";
[2] US 8,957,349 B2, Naoya Matsumoto,„Laser machining device and laser machining method"'; [2] US 8,957,349 B2, Naoya Matsumoto, "Laser machining device and laser machining method";
[3] US 8,379,187 B2, Osamu Tanitsu,„Optical unit, Illumination optical apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method". [3] US 8,379,187 B2, Osamu Tanitsu, "Optical unit, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method".

Claims

Patentansprüche 1 . Vorrichtung zur Erzeugung eines optischen Musters (OM) aus Bildpunk- ten (BP) in einer Bildebene (BE), umfassend: eine Steuereinrichtung (2) zum Steuern der Erzeugung des optischen Musters (OM); ein Mikrospiegelarray (3) zum Reflektieren von Lichtstrahlen (LS), welche flächig auf das Mikrospiegelarray (3) einfallen, wobei das Mikrospie- gelarray (3) eine Vielzahl von Mikrospiegeln (4) aufweist, welche jeweils durch die Steuereinrichtung (2) wenigstens um eine erste Achse (EA) verkippbar sind, so dass eine Richtung eines Schwerpunktstrahls (SST) der an dem jeweiligen Mikrospiegel (4) reflektierten Lichtstrahlen (LS) einstellbar ist; eine durch die Steuereinrichtung (2) steuerbare Beleuchtungseinrich- tung (5) zum Erzeugen der Lichtstrahlen (LS), welche so ausgebildet ist, dass die Lichtstrahlen (LS) wenigstens teilweise räumlich kohärent sind; eine Fokussiereinrichtung (6) zum Fokussieren der an der Vielzahl von Mikrospiegeln (4) des Mikrospiegeiarrays (3) reflektierten Lichtstrahlen (LS) auf die Bildebene (BE); wobei die Steuereinrichtung (2) zum derartigen Steuern einer oder meh- rerer aus mehreren Mikrospiegeln (4) der Vielzahl von Mikrospiegeln (4) gebildeten Mikrospiegelgruppen (7) ausgebildet ist, dass sich die an den Mikrospiegeln (4) einer der Mikrospiegelgruppen (7) reflektierten Claims 1. Apparatus for generating an optical pattern (OM) from pixels (BP) in an image plane (BE), comprising: control means (2) for controlling the generation of the optical pattern (OM); a micromirror array (3) for reflecting light beams (LS) which are incident flatly on the micromirror array (3), the micromirror array (3) having a multiplicity of micromirrors (4), which are in each case at least circulated by the control device (2) a first axis (EA) can be tilted, so that a direction of a center of gravity beam (SST) of the light beams (LS) reflected at the respective micromirror (4) can be set; a lighting device (5) controllable by the control device (2) for generating the light beams (LS), which is designed such that the light beams (LS) are at least partially spatially coherent; a focusing device (6) for focusing the light beams (LS) reflected at the plurality of micromirrors (4) of the micromirror array (3) onto the image plane (BE); wherein the control device (2) is designed to control one or more micromirror groups (7) formed from a plurality of micromirrors (4) of the plurality of micromirrors (4) such that the micromirrors (4) of one of the micromirror groups (7) reflected
Schwerpunktstrahlen (SST) in der Bildebene (BE) treffen und dass opti- sche Weglängen der an den Mikrospiegeln (4) der jeweiligen Mikrospie- gelgruppe (7) reflektierten Schwerpunktstrahlen (SST) von der Beleuch- tungseinrichtung (5) bis zur Bildebene (BE) gleich sind oder sich um ein ganzzahliges Vielfaches einer Wellenlänge der Lichtstrahlen (LS) unter- scheiden, um so einen Bildpunkt (BP) der Bildpunkte (BP) zu erzeugen. Focusing rays (SST) in the image plane (BE) meet and that optical path lengths of the at the micromirrors (4) of the respective micro mirror group (7) reflected focus beams (SST) of the lighting device (5) to the image plane (BE ) are equal or differ by an integer multiple of a wavelength of the light beams (LS) so as to produce a pixel (BP) of the pixels (BP).
2. Vorrichtung nach vorstehendem Anspruch, wobei eine Länge (L) der Mik- rospiegei (4) und/oder eine Breite (B) der Mikrospiegei (4) mindestens das 5-fache, bevorzugt mindestens das 10-fache, und besonders bevor- zugt das 20-fache, der Wellenlänge der Lichtstrahlen (LS) beträgt. 2. Device according to the preceding claim, wherein a length (L) of the microrouges (4) and / or a width (B) of the micromirrors (4) is at least 5 times, preferably at least 10 times, and particularly preferably is 20 times the wavelength of light rays (LS).
3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuer- einrichtung (2) zum derartigen Bilden einer der Mikrospiegelgruppen (7) ausgebildet ist, dass eine der Mikrospiegelgruppen (7) aus benachbarten Mikrospiegeln (4) der Vielzahl von Mikrospiegeln (4) gebildet ist. 3. Device according to one of the preceding claims, wherein the control device (2) for forming one of the micromirror groups (7) is formed, that one of the micromirror groups (7) from adjacent micromirrors (4) of the plurality of micromirrors (4) is.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuer- einrichtung (2) zum derartigen Steuern der Mikrospiegelgruppen (7) aus- gebildet ist, dass zwei benachbarte Bildpunkte (BP) der Bildpunkte (BP) durch zwei nicht benachbarte Mikrospiegelgruppen (7) der Mikrospiegel- gruppen (7) erzeugbar sind. 4. Device according to one of the preceding claims, wherein the control device (2) for the purpose of controlling the micromirror groups (7) is such that two adjacent pixels (BP) of the pixels (BP) are separated by two non-adjacent micromirror groups (7). the micromirror groups (7) can be generated.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuer- einrichtung (2) zum Steuern einer Intensität der Beleuchtungseinrich- tung (5) ausgebildet ist. 5. Device according to one of the preceding claims, wherein the control device (2) for controlling an intensity of the Beleuchtungseinrich- device (5) is formed.
6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Mikro- spiegei (4) jeweils durch die Steuereinrichtung (2) zusätzlich um eine zweite Achse (ZA), welche quer zu der ersten Achse (EA) verläuft, ver- kippbar sind, so dass die Richtung des Schwerpunktstrahls (SST) der an dem jeweiligen Mikrospiegei (4) reflektierten Lichtstrahlen (LS) zweidi- mensional einstellbar ist. 6. Device according to one of the preceding claims, wherein the micro-mirror (4) in each case by the control device (2) additionally tiltable about a second axis (ZA) which is transverse to the first axis (EA), so the direction of the center of gravity beam (SST) of the light beams (LS) reflected at the respective micromirror (4) is two-dimensionally adjustable.
7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuer- einrichtung (2) zum derartigen Bilden einer der Mikrospiegelgruppen (7) ausgebildet ist, dass eine der Mikrospiegelgruppen (7) aus zweidimensi- onal angeordneten Mikrospiegeln (7) der Vielzahl von Mikrospiegeln (7) gebildet ist. 7. Device according to one of the preceding claims, wherein the control device (2) for forming one of the micromirror groups (7) is formed such that one of the micromirror groups (7) consists of two-dimensionally arranged micromirrors (7) of the plurality of micromirrors (FIG. 7) is formed.
8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Mikro- spiegel (4) jeweils durch die Steuereinrichtung (2) längs einer Hubrich- tung (HR), welche quer zu einer Spiegelfläche (8) des jeweiligen Mikro- Spiegels (4) verläuft, verschiebbar sind, so dass die optische Weglänge des an dem jeweiligen Mikrospiegei (4) reflektierten Schwerpunktstrahls (SST) veränderbar ist. 8. Device according to one of the preceding claims, wherein the micromirror (4) in each case by the control device (2) along a stroke direction (HR), which transverse to a mirror surface (8) of the respective micro- Mirror (4) extends, are displaceable, so that the optical path length of the at the respective Mikrospiegei (4) reflected centroid beam (SST) is variable.
9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuer- einrichtung (2) zum Steuern einer Verschiebeeinrichtung ausgebildet ist, welche zum Verschieben eines bestrahlbaren Bereichs (BB) in einer Verschieberichtung (VR) relativ zu einem zu bestrahlenden Objekt (OB) ausgebildet ist. 9. Device according to one of the preceding claims, wherein the control device (2) for controlling a displacement device is formed, which is designed for moving an irradiable area (BB) in a displacement direction (VR) relative to an object to be irradiated (OB) ,
10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ver- schiebeeinrichtung als mechanische Verschiebeeinrichtung ausgebildet ist. 10. Device according to one of the preceding claims, wherein the displacement device is designed as a mechanical displacement device.
11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ver- schiebeeinrichtung als optische Verschiebeeinrichtung ausgebildet ist. 11. Device according to one of the preceding claims, wherein the displacement device is designed as an optical displacement device.
12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ver- schiebeeinrichtung (VR) so ausgebildet ist, dass die Verschieberichtung schräg zu einem Punktraster des optischen Musters (OM) verläuft. 12. Device according to one of the preceding claims, wherein the displacement device (VR) is formed so that the displacement direction is oblique to a dot matrix of the optical pattern (OM).
13. Verfahren zur Erzeugung eines optischen Musters (OM) aus Bildpunkten (BP) in einer Bildebene (BE), umfassend die Schritte: Steuern der Erzeugung des optischen Musters (OM) mittels einer Steu- ereinrichtung (2); 13. A method for generating an optical pattern (OM) from pixels (BP) in an image plane (BE), comprising the steps of: controlling the generation of the optical pattern (OM) by means of a control device (2);
Reflektieren von Lichtstrahlen (LS), welche flächig auf ein Mikrospie- gelarray (3) einfallen, wobei das Mikrospiegelarray (3) eine Vielzahl von Mikrospiegeln (4) aufweist, welche jeweils durch die SteuereinrichtungReflecting light beams (LS) which are incident flatly on a micromirror array (3), the micromirror array (3) having a multiplicity of micromirrors (4), which are each controlled by the control device
(2) wenigstens um eine erste Achse (EA) verkippt werden, um eine Rich- tung eines Schwerpunktstrahls (SST) der an dem jeweiligen Mikrospie- gei (4) reflektierten Lichtstrahlen (LS) einzustellen; Erzeugen der Lichtstrahlen (LS) mittels einer durch die Steuereinrich- tung (2) gesteuerten Beleuchtungseinrichtung (5), wobei die Lichtstrah- len (LS) derart erzeugt werden, dass sie wenigstens teilweise räumlich kohärent sind; (2) are tilted at least about a first axis (EA) to adjust a direction of a centroid ray (SST) of the light beams (LS) reflected at the respective microspice (4); Generating the light beams (LS) by means of a lighting device (5) controlled by the control device (2), wherein the light beams len (LS) are generated such that they are at least partially spatially coherent;
Fokussieren der an der Vielzahl von Mikrospiegeln (4) des Mikrospie- gelarrays (3) reflektierten Lichtstrahlen (LS) auf die Bildebene (BE) durch eine Fokussiereinrichtung (6); Focusing the light beams (LS) reflected at the plurality of micromirrors (4) of the micromirror array (3) onto the image plane (BE) by means of a focusing device (6);
Verwendung der Steuereinrichtung (2) zum Steuern einer aus mehreren Mikrospiegeln (4) der Vielzahl von Mikrospiegeln (4) gebildeten Mikro- spiegelgruppe (7), so dass sich die an den Mikrospiegeln (4) der Mikro- spiegelgruppe (7) reflektierten Schwerpunktstrahlen (7)in der Bildebene (BE) treffen und dass optische Weglängen der an den Mikrospiegeln (4) der Mikrospiegelgruppe (7) reflektierten Schwerpunktstrahlen (SST) von der Beleuchtungseinrichtung (5) bis zur Bildebene (BE) gleich sind oder sich um ein ganzzahliges Vielfaches einer Wellenlänge der Lichtstrahlen (LS) unterscheiden, um so einen Bildpunkt (BP) der Bildpunkte (BP) zu erzeugen. Use of the control device (2) for controlling a micromirror group (7) formed from a plurality of micromirrors (4) of the multiplicity of micromirrors (4) so that the centroid beams reflected at the micromirrors (4) of the micromirror group (7) ( 7) in the image plane (BE) and that optical path lengths of the centroid beams (SST) reflected at the micromirrors (4) of the micromirror group (7) from the illumination device (5) to the image plane (BE) are equal or even an integer multiple a wavelength of the light beams (LS), so as to generate a pixel (BP) of the pixels (BP).
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